Brevet FR2512576A1 — publié le 19830311

La présente invention concerne généralement et a essentiellement pour objet tua système formant appareil de guidage linéaire d'un dispositif de balayage, d'explora- tion, d'analyse, de palpage ou de tâtage analogue notamment le long d'une direction de coordonnée donnée à l'avance, en particulier par exemple dans des appareils ou instru- ments optiques ainsi que les diverses applications et utilisations résultant de la mise en oeuvre d'un tel système et les ensembles, matériels, agencements, équipe- ments et installations qui en sont pourvus. Il est connu, pour le balayage, l'exploration ou l'analyse d'objets, de fixer ceux-ci mêmes ou des détec- teurs ou capteurs appropriés sur un support qui est monté sur deux ressorts de flexion également longs qui sont disposés en étant placés l'un derrière l'autre parallèle- ment à la direction d'oscillation, l'une des extrémités de chaque ressort étant fixée dans une surface d'attache ou d'encastrement et les autres extrémités étant reliées par le support (voir l'ouvrage intitulé "Feinmechanische Bauelemente" par Hildebrand, 3 ème édition, VEB Verlag Technik, Berlin, pages 266 et suivantes). Lors de la flexion des ressorti le mouvement du support s'effectue parallèlement à la surface d'attache ou d'encastrement des ressorts Il décrit cependant un arc de circonférence autour des points de fixation ou d'encas- trement, de sorte qu'il s'ensuit un décalage ou déplacement du support (voir l'ouvrage intitulé "Feinmechanische Bauelemente" par Hildebrand, 3 ème édition, page 410). Si un tel dispositif balayeur, explorateur ou analyseur est employé par exemple pour le captage de points de mesure ou pour le captage du milieu ou centre de traits de graduation, il ne résulte aucun inconvénient de l'évolution du mouvement circulaire de l'organe balayeur, explorateur, palpeur ou tâteur Un tel mouvement circulaire de balayage ou d'exploration est désavantageux lors de l'utilisation de ces dispositifs d'exploration en combinaison avec des appareils générateurs d'images, comme par exemple des systèmes de télévision et de prise de vue photographique ou cinématographique Pour pouvoir ici produire, à partir du signal électrique dérivé du balayage ou de l'exploration, une image ou représentation fidèle de l'objet, le rayon ou faisceau électronique ou lumineux générateur d'image devrait également être guidé sur un arc de cercle correspondant à celui exécuté par l'oscillateur de l'organe explorateur ou balayeur Ceci s'accompagnerait toutefois d'une très grande dépense ainsi que de difficultés dans l'exploitation du signal ou le repérage de la trace. Un autre inconvénient d'un tel organe explorateur ou balayeur réside dans la transmission d'oscillations parasites ou perturbatrices de fonctionnement qui, lors de l'oscillation de l'organe explorateur ou balayeur, résul- tent de l'accélération ou de la décélération simultanée et parallèle de toutes les pièces ou parties mobiles ainsi que de directions de mouvement variables pendant une courte durée, produites en fonction de la fréquence d'oscillation. L'invention est donc basée sur la tâche de créer un système par lequel un organe balayeur ou explorateur est guidé linéairement le long d'une direction de coordonnée donnée à l'avance et qui se caractérise par le fait qu'aucune force dynamique n'est transmise au système O La solution du problème est apportée par un système qui comporte deux dispositifs de commande motrice ou d'entraînement fonctionnant en sens contrairesl'un de l'autre et rigidement reliés entre eux dans la direction d'action, dont l'un, agissant sur un support d'organe explorateur ou balayeur monté élastiquement ou sur ressort, met celui-ci en mouvement oscillant tandis que l'autre, agissant également sur un contre-corps suspendu et capable d'osciller, met ce dernier en mouvement oscillant; le poids du contrecorps étant choisi comme étant au moins approximativement égal au poids du porte-organe explorateur plus celui de l'organe explorateur; des moyens de commande étant prévus, lesquels pilotent les dispositifs moteursou d'entraînement de telle façon que les mouvements du 12576 porte-organe explorateur et du contre-corps, produits par ceux-ci, soient constamment en sens opposés tandis que des moyens sont prévus pour le déplacement ou décalage latéral de la ligne d'exploration ou de balayage de l'organe explorateur. L'avantage particulier du nouveau système réside dans le fait que la grandeur du mouvement peut être modifiée par un système de mesure en combinaison avec des moyens de commande En outre est obtenu ainsi que le mouvement pas à pas s'effectue pendant l'inversion de sens du mouvement oscillatoire. Selon une autre caractéristique de l'invention, un mécanisme ou système de transmission à barres de guidage est prévu pour le guidage du support d'organe explorateur. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, le mécanisme ou système de transmission à barres de guidage comprend deux éléments ou barres de guidage d'égale longueur qui agissent sur des côtés opposés du support d'organe explorateur. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, le mécanisme ou système de transmission à barres de guidage comprend deux éléments ou barres de guidage de longueurs différentes qui agissent du même côté sur le support d'organe explorateur. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le mécanisme-ou système de transmission à' barres de guidage comprend quatre barres de guidage de même longueur, qui sont disposées à la façon d'un parallé- logramme et qui, en association diagonale, relient, entre eux, d'une part le support d'organe explorateur plus l'organe explorateur ou le contre-corps ainsi qu'en direc- tion des autres diagonales, deux supports intermédiaires tandis que les dispositifs de commande motrice ou d'entraî- nement, fonctionnant en sens contraires, agissent sur ces supports intermédiaires. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, pour le montage de l'agencement des barres de guidage sont prévus deux autres éléments ou barres de guidage qui sont reliés respectivement, d'une part, à des points fixes en position et, d'autre part, aux supports intermédiaires. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, deux ressorts à membrane, disposés avec leurs plans à une certaine distance décartement ou espacement parallèlement l'un à l'autre, sont prévus pour le guidage du support d'organe explorateur. Conformément à encore une autre caractéristique de l'invention, un système odométrique -ou de mesure de trajet parcouru est associé au support de l'organe explorateur. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, un système odométrique ou de mesure de chemin ou de distance parcouru est associé aux moyens pour le décalage ou déplacement latéral de la ligne d'exploration. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, un système odométrique ou de mesure de trajet parcouru est associé au dispositif de commande motrice ou d'entraînement agissant sur le contre-corps. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, le système odométrique ou de mesure de trajet parcouru, associé au porte-organe explorateur, est un élément composant d'un système de commande qui adapte le domaine de travail de l'organe explorateur, lors du décalage ou déplacement latéral de sa ligne d'exploration, à la position nominale de consigne donnée par le champ d'objet, avec utilisation de moyens limiteurs. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de commande comprennent un système de circuit électronique pour la linéarisation des mouvements oscil- lants du support d'organe explorateur ainsi que du contre- corps. 3.5 Selon encore une autre caractéristique de l'invention, d'autres moyens de commande sont présents, lesquels assurent la mise en action efficace des moyens de décalage ou de déplacement latéral de la ligne d'explora- tion de l'organe explorateur chaque fois lorsque le support d'organe explorateur a quitté la région ou le domaine de travail défini par une vitesse uniforme de son mouvement, L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques,détails et avantages de celle-ci apparaî- tront plus clairement à la lecture de la description explicative qui va suivre en se reportant aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs illustrant plusieurs modes de réalisation spécifiques actuellement préférés de l'invention et dans lesquels: la figure 1 représente un agencement avec un mécanisme ou système de transmission de guidage guidant de façon rectiligne le support d'organe explorateur et agissant du même côté sur celui-ci; la figure 2 représente un agencement avec un mécanisme ou système de transmission de guidage guidant le support d'organe explorateur de façon rectiligne et agissant sur celui-ci depuis des côtés différents; la figure 3 illustre en détail, une forme d'exécution spéciale d'un mécanisme ou système de trans- mission de guidage; la figure 4 représente une vue en perspective d'un support d'organe explorateur guidé de façon rectiligne au moyen de ressorts à membrane; la figure 5 est un schéma de principe d'un capteur de mesure de déplacement; et la figure 6 est un schéma synoptique fonctionnel pour un système de mesure de déplacement ou de chemin parcouru avec des limiteurs de déplacement. Sur la figure 1 est représenté schématiquement un support 1 en forme de U dans la portion de fond 2 duquel sont insérés ou encastrés deux ressorts à lame 3,4 renforcés au milieu Les ressorts à lame 3, 4 sont disposés à la façon d'un rectangle articulé et portent, à leurs extrémités 5, 6, un étrier ou une chape 7 en forme d'un double Z Un bras 8 de l'étrier 7 est pourvu d'un renforce- ment 9 à peu près au milieu de sa longueur Celui-ci reçoit un ressort à lame 11 s'étendant parallèlement au fond d'étrier 10 et qui forme un mécanisme ou système de transmission de guidage conjointement avec un ressort à lame 13 fixé à une extrémité d'étrier 12 et renforcé au milieu Les extrémités des ressorts à lame 12, 13 sont reliées à un support 16 d'organe explorateur dont les extrémités 17, 18 s'étendent ou dépassent en saillie au- delà des points d'articulation L'extrémité 17 porte un capteur ou détecteur 19 (ou un objet à explorer dans le cas d'un détecteur fixe ou immobile) tandis que l'extrémité 18 est en liaison, par-forme ou par force, avec un premier dispositif de commande motrice ou d'entraînement 20 qui est monté dans le fond d'étrier 10. Grâce au choix approprié des longueurs des ressorts à lame 11 et 13 (comme cela est représenté) ainsi que des positions relatives de leurs points d'articulation, le support 16 d'organe explorateur oscille, lors de la mise en marche du dispositif de commande motrice ou d'entratne- ment 20 par un étage de commande 38 et guide ou déplace le détecteur 19 sur une ligne droite désignée par une double flèche 22 La grandeur de l'amplitude d'oscillation du mécanisme ou système de transmission de guidage est réglable A cet effet est associé, au support 16 d'organe explorateur, un système de mesure de déplacement ou de trajet parcouru qui est indiqué par un support de gradua- tion 23 avec échelle graduée 23 a ainsi que par un index ou doigt indicateur 24 monté sur le support 16 d'organe explorateur. Pour empêcher l'apparition d'oscillations parasites ou perturbatrices de fonctionnement, l'installation est pourvue d'éléments de construction pour la réalisation d'un équilibrage dynamique des masses Contre le support 1 est monté un pont de retenue 25 dans la partie médiane 26 duquel est disposé un second dispositif de commande motrice ou d'entraînement 27 e A un pilier ou montant prolongé 28 du pont 25, un contre-corps 31 est suspendu à un parallélo- gramme de guidage formé de ressorts 29, 30 renforcés au milieu, et la masse du contre-corps est accordée sur la masse du support 16 d'organe explorateur plus celle du détecteur 19, ce contre-corps étant en liaison d'action avec un second dispositif de commande motrice ou d'entratne- ment 27 Le second dispositif de commande motrice ou d'entraînement 27 est mis en marche par l'étage de commande 21 Un agencement de circuit, contenu dans les étages de commande 21, 38 mais non conjointement représenté ici, pilote les dispositifs de commande motrice ou d'entraîne- ment 20 et 27 de telle manière que les mouvements, produits par ceux-ci, s'effectuent constamment en sens contraires l'un par rapport à l'autre. L'amplitude d'oscillation du contre-corps 31 est réglable au moyen d'un système de mesure de déplacement ou de trajet qui est indiqué par une graduation 32 rapportée sur le dispositif de commande motrice ou d'entraînement 27 et par un index ou doigt indicateur 33 fixé au contre- corps 31. Pour permettre un mouvement d'avancement pas à pas du support 16 d'organe explorateur perpendiculairement à son mouvement oscillatoire, d'autres unités de commande motrice ou d'entraînement 36, 37 sont montées sur les branches libres 34, 35 du support 1 Elles agissent sur les extrémités d 9 trier 12 a, 12 b de l'étrier 7 porté par les ressorts à lame 3, 4 constituant un rectangle articulé et impartissent, à cet étrier, des mouvements latéraux s'effectuant perpendiculairement aux oscillations du support 16 d'organe explorateur. Les unités de commande motrice ou d'entraînement 36, 37 sont mises en marche par un système de commande 74. La grandeur du mouvement latéral est réglable par un système de mesure de déplacement ou de trajet, qui est indiqué par un index d'instrument 23 c rapporté à l'extrémité d'étrier 12 b ainsi que par une autre échelle graduée 23 b se trouvant sur le support de graduation 23. Les mouvements des dispositifs de commande motrice ou d'entraînement 36, 37 sont pilotés dans le mtme sens par le système de commande 74. Grâce à la suspension de l'étrier 7 dans les ressorts à lame 3, 4, le mouvement latéral s'effectue sur un arc de circonférence Pour adapter le domaine ou la zone de travail du détecteur 19, lors du décalage latéral de sa ligne d'exploration 22, à la position nominale de consigne donnée par le champ d'objet, des systèmes de mesure de déplacement ou de trajet 23 a, 24 sont utilisés ici. En outre par la liaison fonctionnelle des systèmes de commande 38 et 74 est obtenu que la mise en action des unités de commande motrice ou d'entraînement 36, 37 s'effectue lorsque le support 16 d'organe explorateur a quitté le domaine ou la région de travail défini par une vitesse uniforme de son mouvement (points d'inversion du mouvement oscillatoire). La nouvelle installation, représentée schématique- ment sur la figure 2, diffère de l'installation selon la figure 1 par une construction plus compacte et une variante de réalisation du mécanisme ou système de transmission de guidage conduisant le support 16 d'organe explorateur d'une façon rectiligne La construction plus compacte est obtenue par le fait que le dispositif de commande motrice ou d'entraînement 27, pour le contre-corps 31, est enchâssé dans le fond 2 du support 1 en forme de U et la position du détecteur 19 est située entre les ressorts à lame 44 et 45 du mécanisme ou système de transmission de guidage. L'étrier 7, articulé aux ressorts à lame 3, 4 renforcés au milieu, possède ici des bras respectivement long 39 et court 40 Tous deux sont pourvus d'évidements 41, 42 en forme de gradins ou de marches d'escalier Un ressort à lame raidi 44 est rapporté à l'extrémité 43 du bras 39 parallèlement au fond 10 de l'étrier 7 et en direction du bras 40 Un ressort à lame 45, renforcé au milieu et de même longueur, situé dans le même plan, est monté à l'extrémité 46 du bras court 40 Les extrémités libres des ressorts à lame 44 et 45 sont mobilement reliées à un support 47 d'organe explorateur et forment ensemble, avec celui-ci, un mécanisme ou système de barres de guidage en parallélogramme connu en soi Le support 47 d'organe explorateur reçoit le détecteur 19. Comme cela a été décrit en corrélation avec la figure 1, le mécanisme ou système de transmission de guidage est mis en oscillation par le dispositif de commande motrice ou d'entraînement 20 et son amplitude d'oscillation est réglée par le système de mesure 23 a, 24, L'équilibrage dynamique des masses, le mouvement d'avance- ment perpendiculairement à la direction d'oscillation, la commande des dispositifs moteursd'entraînement 20, 27, 36 et 37 pour les mouvements d'avancement latéraux s'effectuent comme cela a été décrit en se référant à la figure 1. Un mécanisme ou système de transmission à barres de guidage, qui permet un mode de construction particuliè- rement compact de la nouvelle installation, est représenté sur la figure 3 Il se compose de quatre ressorts à lame 48, 49, 50, 51 d'égale longueur, renforcés au milieu et formant les barres de guidage, lesquel sont disposés à la façon d'un parallélogramme Les barres de guidage 48 à 51 relient, suivant une association diagonale, un support 52 d'organe explorateur pourvu du détecteur 19 et un contre- corps 53 et, dans l'autre association diagonale, des supports intermédiaires 54, 55 Ces supports intermédiaires sont respectivement montés ou guidés sur un ressort à lame 56, 57 renforcé au milieu et monté dans le support 1. Aux supports intermédiaires 54, 55 sont reliés des dispositifs de commande motrice ou d'entraînement 58, 59 agissant toujours l'un contre l'autre (comme cela est indiqué par des flèches 60, 61) et qui produisent, d'une part, le mouvement du support 53 d'organe explorateur, les mouvements de celui-ci s'effectuant toujours en sens opposés. Il est aussi possible d'exécuter le guidage rectiligne du support d'organe explorateur au moyen de ressorts à membrane fendus 62, 63 Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4, les deux ressorts à membrane sont encastrés ou fixés par leur bord 64 ou 65 dans une monture cylindrique 660 Leurs centres 67, 68 sont reliés par un support 69 d'organe explorateur dépassant en saillie des deux côtés des ressorts à membrane 62, 63. L'une des extrémités 70 sert au guidage du détecteur 19 qui n'est plus représenté ici tandis que l'autre extrémité dépassante 71 est en liaison d'action avec un poussoir 72 d'un dispositif de commande motrice ou d'entratnement 73. Des modes de réalisation connus existent pour les systèmes de mesure de déplacement ou de trajet ( 23 a, 24, 23 h, 23 c, 32, 33, 37) à moyens limiteurs de déplacement, indiqués sur la figure 1 et sur la figure 2 et mentionnés dans la description ainsi que pour les moyens de commande nécessai- res ( 21, 38). Comme exemple est donné un capteur de déplacement de mesure inductif 75 esquissé dans son principe sur la figure 5 selon le principe du transformateur différentiel avec électronique de commande incorporée du type LVDT modèle 050 DG-D de la société ALTHE No L'électronique de commande incorporée mais non conjointement représentée contient un oscillateur, un démodulateur et un amplifi- cateur Elle permet le fonctionnement du capteur de déplacement 75 sans électronique externe supplémentaire O La grandeur d'entrée, sur un enroulement ou bobinage primaire 76, est prélevée sur une source de tension de courant électrique continu,non représentée ici La grandeur de sortie, sur les enroulements ou bobinages secondaires 77, 78, se présente sous la forme d'une tension de courant électrique continu selon la position du noyau coulissant 79. Dans la position moyenne ou médiane du noyau coulissant 79, la tension électrique prend la valeur 0 Lors du déplacement maximal du noyau coulissant 79, la grandeur de sortie atteint également la valeur maxmale Le débattement ou déplacement du noyau coulissant 79 et la tension électrique de sortie se comportent alors linéairement l'un par rapport à l'autre; c'est-à-dire pour chaque variation de déplacement de 1/10 mm apparaît une variation de tension électrique d'une grandeur déterminée Cette tension électrique de sortie, qui est dans un rapport fixe avec la position,,du noyau coulissant 79, est utilisée pour le pilotage des dispositifs de commande motrice ou d'entraînement 20, 27, 36, 37 à l'aide de commutateurs ou interrupteurs à valeur limite ou de circuits déclencheurs 80, 81 (figure 6). Comme dispositifs de commande motrice ou d'entraînement peuvent être utilisés par exemple des vibrateurs à bobine mobile 82 de la société Kontron qui, comme cela est représenté sur la figure 6, se composent essentiellement d'un aimant permanent 82 et d'une bobine mobile 83. REVENDI C A T I O NS 1. Système pour le guidage linéaire d'un organe explorateur le long d'une direction de coordonnée donnée à l'avance, par exemple dans des appareils optiques, caractérisé en ce que: a) le système comporte deux dispositifs de commande motrice ou d'entraînement ( 20, 27; 58, 59) fonctionnant en sens contraires l'un par rapport à l'autre et rigidement reliés entre eux, dont l'un ( 20), agissant sur un support ( 16, 47, 52) d'organe explorateur monté élastiquement ou sur ressorts, met celui-ci en mouvement oscillatoire tandis que l'autre ( 27), agissant sur un contre- corps ( 31, 53) également suspendu d'une manière susceptible d'osciller, met celui-ci en mouvement oscillatoire; b) le poids du contre-corps ( 31, 53) est choisi de façon à être au moins approximativement égal au poids du support ( 16, 47, 52) d'organe explorateur plus celui de l'organe explorateur ( 19); c) il existe des moyens de commande ( 21, 38) qui pilotent les dispositifs de commande motrice ou dtentratne- ment ( 20, 27, 58, 59) de telle façon que les mouvements du support d'organe explorateur ( 16, 47, 52) et du contre- corps ( 31, 53), produits par ces dispositifs, s'effectuent toujours dans des sens opposés l'un par rapport à l'autre et en ce que d) des moyens ( 3, 4, 7, 36, 37, 74) sont prévus pour le décalage ou déplacement transversal de la ligne d 'exploration de 1 'organe explorateur ( 19). 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un mécanisme ou système de transmission à barres de guidage ( 11, 13, 44, 45, 48-51, 62, 63) est prévu pour le guidage du support d'organe explorateur ( 16, 47, -52, 69). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mécanisme ou système de transmission à barres de guidage comprend deux barres de guidage ( 44, 45) d'égale longueur, qui agissent sur des côtés opposés du support d'organe explorateur ( 47). 4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mécanisme ou système de transmission à barres de guidage comprend deux barres de guidage ( 11, 13) de longueurs différentes qui agissent d'un même côte sur le support d'organe explorateur ( 16). 5. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mécanisme ou système de transmission à barres de guidage comprend quatre barres de guidage ( 48-51) d'égale longueur, qui sont disposees à la façon d'un parallélogramme, eni ce que ces barres de guidage ( 48-51) relient entre eux, en association diagonale d'une part, le support d'organe explorateur ( 52) plus l'organe explorateur ( 19) ou le contre-corps ( 53) ainsi qu'en direction des autres diagonales, deux supports intermé- diaires ( 54, 55) et en ce qu'à ces supports intermédiaires ( 54, 55) sont reliés les dispositifs de commande motrice ou d'entraînement ( 58, 59) agissant l'un contre l'autre. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que pour le montage de l'agencement de barres de guidage sont prévues deux autres barres de guidage ( 56, 57) qui sont reliées respectivement d'une part à des points fixes en position et d'autre part aux supports intermé- diaires ( 54, 55). 7. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour le guidage du support d'organe explorateur ( 69) sont prévus deux ressorts à membrane ( 62, 63) disposés avec leurs plans à une certaine distance d'écartement et parallèlement l'un par rapport à l'autre. 8. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au support ( 16, 47, 52, 69) de l'organe explorateur ( 19) est associé un système de mesure de déplacement ou de trajet ( 23 a, 24). 9. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'aux moyens ( 3, 4, 7, 36, 37, 74) de décalage latéral de la ligne de balayage est associé un système de mesure de déplacement ou de trajet ( 23 b, 23 c). 10. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au dispositif de commande motrice ou d'entraînement ( 27), agissant sur le contre-corps ( 31), est associé un système de mesure de déplacement ou de trajet ( 32, 33, 37). 11. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le système de mesure de déplacement ( 23 a, 24), associé au support d'organe explorateur ( 16, 47), est un élément composant d'un système de commande ( 38) qui adapte le domaine de travail de l'organe explorateur ( 19), lors du décalage ou déplacement latéral de sa ligne de balayage, à la position nominale de consigne donnée par le champ d'objet, avec utilisation de moyens limiteurs. 12 Système selon l'ensemble des revendications 1 et 11, caractérisé en ce que les moyens de commande ( 21, 38) comprennent un-système de circuit électronique pour la linéarisation des mouvements oscillants du support d'organe explorateur ( 16, 47, 52, 69) ainsi que du contre- corps ( 31, 53). 13. Système selon l'ensemble des revendications 1 et 8, caractérisé en ce que d'autres moyens de commande existent, lesquels assurent la mise en action des moyens ( 3, 4, 7, 36, 37, 74) de décalage ou de déplacement latéral de la ligne de balayage de l'organe explorateur ( 19) chaque fois lorsque le support d'organe explorateur ( 16, 47, 52, 69) a quitté le domaine ou la zone de travail défini par une vitesse uniforme de son mouvement.