Brevet FR2527790A1 — publié le 19831202

DISPOSITIF DE CONNEXION OPTIQUE PAR JOINT TOURNANT La présente invention se rapporte à un dispositif de connexion à joint tournant permettant d'aligner deux composants optiques, l'un de ces éléments pouvant tourner librement autour d'un axe de rotation. L'invention a trait plus particulièrement la -transmission par fibres optiques de signaux optiques, mais le terme de composant optique est à considérer dans le sens général, incluant aussi bien des guides de lumière que des éléments photoémetteurs ou photorécepteurs. Les-fibres optiques sont des guides de lumière de faibles dimensions, aussi le couplage entre les faces des extrémités en regard des composants ne peut rester assuré de manière satisfaisante que si les jeux mécaniques, introduits au cours de la rotation, restent compatibles avec les tolérances permises par les dimensions des fibres Pour résoudre ce problème il est connu de réaliser des connecteurs comportant deux parties mobiles l'une par rapport à l'autre reliées entre elles par l'intermédiaire d'organes mécaniques de positionnement, par exemple des roulements à billes. Mais cette solution nécessite l'emploi d'éléments mécaniques de haute précision. Ainsi dans le cas de roulements à billes, celles-ci doivent être triées. La présente invention concerne un dispositif capable de pallier ces inconvénients en assurant un alignement de très grande précision et un bon couplage optique à l'aide de moyens peu onéreux faciles à mettre en oeuvre. L'invention a pour objet un dispositif de connexion à joint tournant pour l'aboutement de deux terminaisons d'organes de transmission à fibre optique, comprenant des moyens maintenant le positionnement desdites terminaisons, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble d'aboutement comportant des premiers éléments en forme d'embouts cylindriques constituant lesdites terminaisons et un second élément constitué d'un manchon cylindrique dans lequel sont enfilés -sans jeu lesdits embouts et en ce que le manchon cylindrique est en matériau poreux imprégné d'un fluide lubrifiant. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à l'aide de la description qui suit, en référence aux figures annexes: - les figures 1 et 2 illustrent un exemple de dispositif de connexion optique par joint tournant selon l'art connu; - la figure 3 illustre les éléments essentiels à la réalisation d'un dispositif selon l'invention; - la figure 4 illustre un exemple de réalisation concrète du dispositif selon l'invention.; - les figures 5 et 6 illustrent le dispositif représenté sur la figure 4 associé- à un mécanisme de découplage de forces parasites. Les figures l et 2 illustrent un exemple de dispositif de connexion optique par joint tournant selon Mart connu. Le plateau 1 et le manchon 20 solidaire du corps 3 sont mobiles, par rapport au bâti 13, autour de l'axe de rotation 15. Le plateau 1 et le manchon 20 d'une part et le bâti fixe 13 et le manchon 19 reliés entre eux par le corps 18 d'autre part comportent- en leur centre de rotation qui c & ncide avec l'axe de rotation 15 des canaux de montage. A l'intérieur de ces canaux de montage se trouvent les extrémités de conducteurs optiques 9 et 10 qui peuvent par exemple être des fibres optiques. La fibre optique 9 située du côté du corps mobile sert de liaison entre le plateau 1 et le manchon 20.Du fait de sa souplesse, elle permet une certaine excentration entre le plateau et le manchon. Le plateau a éte muni d'un alésage 17 pour bénéficier, de cette souplesse. Les parties mobiles constituées du plateau 1 et du corps 3 solidaire du manchon 20 sont reliés aux parties fixes 13 et 13 par deux roulements à billes Il et 12, ce dernier devant être de grande précision. Une courroie 8 entraîne l'ensemble des parties mobiles. Pour. ne transmettre au manchon mobile 20 que le couple de forces nécessaires à entraîner sa rotation et éliminer toutes forces parasites susceptibles d'affecter l'alignement des manchons 19 et 20 comme par exemple la force résultant de la tension de la courroie 8 des moyens dits de t'découplage de forces parasites" sont prévus.A cet effet, deux doigts d'entraînement 2 solidaires du plateau 1 par Mintermédiaire de bras -14 entraînent la rotation du manchon 20. La liaison entre ces doigts 2 et le manchon 20 se fait par l'intermédiaire de glissières 5 qui permettent un glissement G1 (voir figure 2) celles-ci peuvent coulisser le long de guides 6 permettant un glisse,ment G2 Ces guides -6 sont solidaires du manchon 20 par l'intermédiaire du corps 3. Les glissières 5 sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'un bras de liaison 7. Ainsi tous les efforts autres que ceux exercés par le couple moteur Frl assurant la rotation sont canalisés dans le sens de ces glissements et n'ont donc aucun effet néfaste sur l'alignement. Tous les efforts agissent dans le plan 4, supprimant de ce fait les couples parasites dus aux différences de platis, ainsi -que les efforts latéraux, axiaux et ceux dus aux désaxages. Pour situer exactement les efforts dans le plan d'entraînement 4, les doigts 2 se terminent par des extrémités de forme sphérique dont les contacts avec les glissières sont dans le plan 4. Z;e dispositif qui vient d'être décrit nécessite un roulement à billes 12 dont les billes doivent être triées pour satisfaire des tolérances très serrées ,des points de vue diamètre et sphéricité. L'alignement très précis des corps mobile 3 et fixe 18 est un problème de mécanique difficile -à résoudre. Le dispositif selon l'invention vise à éliminer l'ensemble de ces difficultés. La figure 3 illustre les éléments essentiels à la réalisation d'un dispositif selon l'invention. Deux embouts cylindriques indépendants 25 et 26 sont placés sans jeu à l'intérieur d'un manchon 27. Des fibres optiques 28 et 29 sont respectivement disposées au centre des embouts 25 et 26 et alignées suivant l'axe commun de révolution 30. Selon une caractéristique fondamentale de l'invention le manchon 27 est constitué d'un métal poreux et préformé contenant un lubrifiant. Ce matériau, disponible sur le marché, est généralement un métal fritté à base de bronze ou de fer, c'est à dire un, métal sous forme de poudre comprimée à froid ou à faible température. Dans le cas présent, le fluide lubrifiant est introduit avant l'étape de compression du matériau. Un tel manchon n'est pas usiné ce qui, en particulier à l'intérieur, obstruerait les pores et empêcherait la lubrification de la surface en contact avec les embouts. Bien au contraire et très avantageusement le métal est moulé- autour d'un arbre de reférence, toujours le même, ayant le diamètre souhaité et parfaitement rectiligne. Le manchon- est ensuite séparé de l'arbre par simple glissement. Il-- en résulte, caractéristique importante de l'invention, un autoalignement pratiquement parfait des deux- embouts placés ultérieurement dans le manchon Il n'y a pas de tolérances notables sur le diamètre intérieur du manchon, seuls les embouts sont à usiner avec précision. Le lubrifiant stocké dans ce matériau garantit une lubrifica-tion "a vie' > du dispositif et elimine ainsi la cause principale d'usure et le jeu qui en résulte La figure 4 illustre un exemple de réalisation concréte du dispositif selon l'invention. Un manchon fixe 40 à collet 41 eÀ matériau poreux et préforme contenant un lubrifiant reçoit d'un coté l'extrémité d'un embout cylindrique. fixe 42 et de l'autre côté I'extrémité d'un embout mobile 43. Deux fibres optiques 44 et 45 disposées respectivement dans raxe des embouts 43 et 42 ont leurs extrémités en regard dans l'espace 46. L'embout fixe 42 est rendu solidaire d'une butée 47 par emmanchement serré. La butée 47 comportant l'embout 42 est maintenu contre le collet 41 du manchon 40 a Paide de moyens de serrage comportant deux couronnes 48 et 49 reliés par trois vis 50 placées à 1200 sur la base du dispositif. L'embout mobile 43 est solidaire d'un corps 51 par emmanchement serré. Le corps mobile 51 prend appui sur l'extrémité du manchon fixe 40 aux propriétés autolubrifiantes. Un aimant annulaire 52 solidaire de la couronne fixe 48 est placé en regard d'un anneau en matériau magnétique 53 solidaire du corps mobile 51 l'attraction exercée par l'aimant 52 sur Panneau 53 à travers un entrefer 54 naintient le corps 51 contre le manchon 40. Afin de réduire les pertes de transmission dues au changement de milieu, un liquide d'adaptation d'indice de réfraction déterminé est placé dans - l'espace 6. Le liquide utilisé peut être de la glycérine. Le fluide lubrifiant placé dans les porosités du manchon peut avantageusement être un liquide d'indice emplissant par ailleurs l'espace 46. Un tel dispositif est peu sensible à l'action des forces parasites de décentrage; si les conditions d'utilisation sont, à cet égard, peu contraignantes une courroie non représentée sur la figure et placée sur le corps .51, de, préférence en regard de l'espace 46, peut assurer l'entrâînement de la partie mobile. Si les forces parasites sont trop importantes, le dispositif selon l'invention illustré par la figure 4 peut être, associé au système de découplage de forces parasites décrit à l'aide des figures 1 - et 2. Les figures 5 et 6 illustrent un dispositif mettant en oeuvre une telle association. Les éléments portant les mêmes références que dans les descriptions précédentes ont le même rôle et ne sont pas décrits une seconde fois. L'examen comparé des figures 1 et 2 d'une part, aux figures 4, 5 et 6 d'autre part, fait apparaître l'avantage essentiel, de l'invention; en effet le roulement à billes 12 dont chaque bille devait faire l'objet d'une sévère sélection n'est plus nécessaire et l'alignement rigoureux des éléments mécaniques constituant le dispositif ne s'impose plus, le manchon assurant l'alignement des embouts sans précautions particulières. De plus le dispositif selon l'invention permet d'emmagasiner un liquide d'indice entre les deux fibres optiques sans mettre en oeuvre de moyens supplémentaires; enfin l'action autolubrifiante du manchon assure une bonne fiabilité du fonctionnement à long terme, élimine le jeu dû à une usure devenue pratiquement inexistante et de ce fait rend la maintenance inutile. Le tableau 1 présenté en annexe à la fin de la présente description résume les caractéristiques et performances typiques obtenues avec un tel dispositif. Le dispositif qui vient d'être décrit n'est qu'un exemple de réalisation et n'est pas limitatif. D'autres variantes peuvent comporter un manchon solidaire de l'embout mobile; l'aimant peut être solidaire de la partie mobile et la couronne en matériau magnétique solidaire de la partie fixe. TABLEAU I Caractéristiques et performances typiques obtenues avec un- exemple de dispositif mettant en oeuvre le -procédé. Diamètre intérieur du manchon : 3,5 mm Diamètre du coeur de la fibre : 120 m Ouverture numérique de la fibre : 0,16 Décentrage de la fibre dans son embout fibre mobile : 5 Spm fibre fixe -: 5 m Pertes moyennes de transmission sans liquide d'indice : 0,7 dB Pertes moyennes de transmission avec liquide d'indice 0,3 dB Variation des pertes de transmission au cours d'une rotation : 0,13 dB REVENDICATIONS r. Dispositif de connexion à joint tournant pour l'aboutement de deux terminaisons {42, 43) d'organes de transmission à fibre optique, comprenant des moyens (52, 53) maintenant le positionnement desdites terminaisons, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble d'aboutement comportant des premiers éléments en forme d'embouts cylindriques (42, 43) constituant lesdites terminaisons et un second élément constitué d'un manchon cylindrique (40) dans lequel sont enfilés sans jeu lesdits embouts (42, 43) et en ce que le manchon cylindrique (40) est -en matériau poreux imprégné d'un fluide lubrifiant. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une partie fixe et une partie mobile et en ce-que le manchon (40) et l'un des embouts (42) sont solidaires de la partie fixe. 3. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les extrémités en regard des embouts (42, 43) étant separées par un espace (46), ledit espace contient un liquide d'adaptation d'indice de réfraction déterrniné. 4. Dispositif selon rune quelconque des revendications 3. à 3; caractérisé en ce que le fluide lubrifiant est le liquide d'indice contenu dans l'espace (46). 5. Dispositif selon les revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le liquide dindice est de la glycérine. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, carac Ïérisé en ce que les moyens maintenant le positionnement des terminaisons comprennent un aimant annulaire (52) solidaire de l'un des embouts (42) et un disque annulaire (53) en matériau magnétique solidaire de l'autre embout (43), l'aimant (52) et le disque (53) étant séparés par un entrefer (54). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre-des moyens de découplage des forces parasites constitués d'une première partie mobile (l, 14, 2) entraînant une seconde partie mobile (51, 43) par l'intermédiaire d'un- organe de liaison (5), la première partie mobile comportant deux doigts (2) couplés rigidement à l'organe de liaison (5) selon une direction tangentielle et découplés selon une direction radialé, I'organe de liaison (5) étant couplé tangentiellement à la seconde partie mobile (51, 43) par l'intermédiaire de guides (6) solidaires de cette seconde partie mobile, ce couplage comportant un jeu mécanique éliminant la composante tangentielle des forces parasites.