Brevet FR2547524A1 — publié le 19841221

L'invention a pour objet un dispositif micro manipulateur permettant des micro déplacements. Ledit dispositif utilise l'effet PELTIER. Le dispositif selon l'invention permet le micro et le submicro positionnement d'objets sans jeu et dans un plan ou une direction quelconque. L'invention s'applique notamment après avoir déterminé les positions relatives d'un faisceau laser et d'une fibre optique (et ce, au niveau de l'extrémité de la fibre optique située près du générateur du rayon laser) au pointage dudit faisceau par rapport à la fibre optique. Le dispositif selon l'invention permet d'assurer un déplacement linéaire micro métrique ou submicro métrique par contrôle de la puissance électrique qui alimente un module, ou moyen, utilisant l'effet PELTIER (direction X des schémas). La combinaison de deux modules ou moyens, utilisant l'effet PELTIER placés dans deux plans parallèles, donne la même performance dans un plan XY. La combinaison d'un troisième module ou moyen disposé dans un plan orthogonal au précédent assure le déplacement dans l'espace. Le dispositif selon l'invention est composé d'une platine de translation comportant, notamment - un berceau fixe avec des moyens de guidage, tiges ou glissières, pour une platine mobile. - une platine mobile dont la positio#n est controlée ou maintenue d'un côté, par un jeu de ressorts, de l'autre par contact mécanique et thermique avec un module PELTIER. - un module PELTIER intercalé entre la partie fixe du berceau et la platine mobile, - un moyen de commande assure ledit déplacement en modifiant le sens et la grandeur du courant qui circule dans ledit module PELTIER. Selon une variante de l'invention, il est possible de combiner un moyen de prépositionnement ou de positionnement rapide; dans ce cas le dispositif comporte en combinaison les moyens suivants - un moyen à vis standard, ou à vis micrométrique, permet par appui mécanique sur l'autre face du module PELTIER la commande ou le positionnement rapide pour des déplacements importants de quelques millimètres de préréglage. - Le module PELTIER est intercalé alors entre l'extrémité de la butée et la platine mobile. Selon un autre mode de réalisation, l'objet peut être disposé sur un moyen qui fait office de porte-objet et qui est un aimant permanent à champ coercitif élevé et qui peut glisser avec des frottements minimes sur deux plans orthogonaux. Ledit aimant est maintenu par des forces magnétiques qui s'exercent entre lui et deux autres pièces magnétiques qui sont déplacées. Le déplacement desdites pièces peut être assuré mécaniquement au moyen de butée micrométrique ou par dilatation thermique de modules PELTIER, ce qui permet, par simple interversion du courant, d'assurer à chaque instant un déplacement parfaitement reversible de l'objet. Selon un autre mode de réalisation, l'objet à déplacer n'est plus disposé sur un porte-objet qui est un aimant permanent, mais sur un porte-objet magnétique disposé dans le champ de deux aimants permanents, le déplacement du porte-objet étant assure par des modules PELTIER. Les dessins ci-joints, donnés à titre indicatif et non limitatif, permettront aisément de comprendre l'invention, ils représentent un mode de réalisation préféré selon l'invention. La figure 1 est une vue schématique vue de dessus du dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue de détail vue de dessus du berceau mobile et de la platine. La figure 3 est une vue de côté de la partie fixe supérieure. La figure 4 est une vue de côté de la partie fixe inférieure. Les figures 5 et 6 sont des vues d'un autre mode de réalisation selon l'invention, dans lequel le porte-objet est un aimant permanent. La figure 5 est une vue schématique de l'agencement des différents éléments entre eux pour mettre en évidence un déplacement de l'objet selon l'axe Z. La figure 6 est une vue schématique de l'agencement des différents éléments entre eux pour mettre en évidence un déplacement de l'objet selon XY. La figure 7 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation selon l'invention dans lequel l'objet à déplacer est disposé sur un porte-objet qui n'est plus un aimant permanent mais un élémént en matériau magnétique disposé dans le champ de deux aimants permanents et déplacé par des modules PELTIER. Dans la figure 1, le berceau fixe 1 reçoit une platine mobile 2. Cette platine 2 est montée sur des glissières 3 et 4 à billes ou #à rouleaux. Des ressorts de rappel 5 et 6 sont montés sur les axes 7 et 8 de manière à rappeler la platine mobile 2. Dans le mode de réalisation, où il y a un prépositionnement, une vis micrométrique 9, usuelle ou différentielle, vient par une butée à billes 13 contre une des faces 11 du module PELTIER 10 dont l'autre face 12 est disposée contre ladite platine mobile 2. Bien entendu, dans le cas où il n'y a pas de prépositionnement, le module PELTIER 10 est intercalé entre la partie fixe du berceau 1 et la platine mobile 2. Dans la figure 2, la platine mobile 2 comporte un logement 14 pour recevoir, par exemple, un objectif ou une lentille. Le berceau 1 reçoit des glissières 3 et 4 et sur les axes 7 et 8 sont disposés des ressorts de rappel 5 et 6. Les figures 3 et 4 correspondent aux vues des faces intérieures de la platine A du berceau fixe 1 et de la partie B. Dans les figures 5 et 6, X, Y et Z correspondent aux trois dimensions orthogonales de l'espace. Le dispositif selon l'invention fonctionne dans n'importe quelle direction par rapport à un tel axe qui est une position fixe selon Z et deux autres positions variables selon X Y. Le dispositif selon l'invention tend à permettre les déplacements micro et submicro d'objets, et ce sans jeu et dans un plan ou direction quelconque. La commande de ces déplacements est de nature électrique, ces déplacements sont donc aisément asservissables, d'autant que le système ne présente pas d'hystérésis dans les déplacements. L'objet O à déplacer est rendu solidaire d'un aimant permanent 15 à champs coercitif parfaitement poli et qui peut glisser avec des frottements minimes sur deux plans orthogonaux et ce de façon strictement indépendante pour chaque direction. Ledit aimant 15 fait office de porte-objet, il est maintenu par les forces magnétiques qui s'exercent entre lui et deux pièces magnétiques qui sont déplacées. Le déplacement desdites pièces magnétiques peut être assuré mécaniquement au moyen de butées micrométriques, mais ce type de moyen est tributaire de l'hystérésis de mécanique qui rend plus difficile l'asservissement. Selon l'invention, les déplacements de ces deux pièces 16 et 17 sont obtenus par des modules PELTIER, ce qui permet, notamment par simple inversion du courant qui parcourt lesdits modules, d'assurer à chaque instant un déplacement parfaitement réversible de l'objet 0. Le déplacement selon Z (perpendiculairement à X Y) peut être limité par le glissement de l'aimant 15 entre deux plans parallèles. Dans les figures 5 et 6, l'aimant 15 repose sur des pièces magnétiques qui font office de butées. Les références 18, 19 représentent des entretoises qui sont en matériau isolant de la chaleur et assure la rigidité de l'ensemble et qui supportent une cale d'épaisseur 20. Les modules PELTIER sont représentés par les références 21 et 22 assemblés sur les pièces 16 et 17. Ces pièces 16 et 17 qui font office de butée sont constituées partie par un matériau magnétique 16 A, 17 A, en regard de l'aimant 15, et partie par un matériau conducteur de la chaleur 16 B et 17 B en regard des modules PELTIER 21 et 22; ce second élément est facultatif. Les cales 23 et 24 sont des cales isolantes thermiques, par exemple en verre, dont les faces sont strictement planes du côté de l'aimant 15 et dont l'autre face est collée sur les pièces 16 et 17. L'objet 0, dont les dimensions peuvent excéder celles de l'aimant 15 qui le supporte, est fixé par collage, soudure ou magnétiquement ,sa masse est limitée par la qualité de l'aimant. Dans le mode de réalisation représenté dans la figure 7, le porteobjet 25 n'est plus un aimant permanent mais un matériau magnétique. L'objet 0 à déplacer est disposé sur le porte-objet 25 qui est calé et en contact selon ses deux axes de déplacement avec des pièces isolantes 26, un élément conducteur de chaleur 27 et un module PELTIER 28. Le porteobjet 25 est disposé dans le champ des aimants permanents 29 et 30. Lesdits aimants permanents sont placés sur des éléments en matériau magnétique 31 et 32. Le porte-objet 25 est calé entre deux modules PELTIER 28, un selon chaque axe de déplacement X ou Y. REVENDICATIONS 1. Procédé pour obtenir des micro ou submicro déplacements caractérisé par le fait qu'il utilise au moins un module ou moyen utilisant l'effet PELTIER (10) dont on controle l'alimentation électrique. 2. Procédé pour obtenir des micro ou submicro déplacements selon la reventication 1, caractérisé par le fait que l'on combine l'utilisation de deux modules PELTIER (21,22) placés dans deux plans parallèles, et dont l'on controle l'alimentation électrique, pour obtenir des micro déplacements selon les axes X et Y. 3. Procédé pour obtenir des micro ou submicro déplacements selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on combine trois modules PELTIER, deux dans deux plans parallèles et le troisième module PELTIER dans un plan orthogonal au précédent, et dont on controle l'alimentation électrique, pour obtenir des micro déplacements dans l'espace selon les trois axes X Y Z. 4. Procédé pour obtenir des micro ou submicro déplacements selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'on utilise en combinaison au moins un module PELTIER (10, 21, 22) et une platine de translation. 5. Procédé pour obtenir des micro ou submicro déplacements selon la revendication 4 caractérisé par le fait que l'on utilise en combinaison un berceau fixe (1) avec des moyens de guidage, tiges ou glissières (3), pour une platine mobile (2), une platine mobile (2) dont la position est controlée ou maintenue d'un côté, par un jeu de ressorts (5,6), de l'autre par contact mécanique et thermique avec un module PELTIER (10), un module PELTIER(10) intercalé entre la partie fixe du berceau (1) et la platine mobile (2) un moyen de commande assure ledit déplacement en modifiant le sens et la grandeur du courant qui circule dans ledit module PELTIER (10). 6. Procédé pour obtenir des micro ou submicro déplacements selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'on utilise un moyen qui fait office de porte-objet et qui est un aimant permanent (15) à champ coercitif élevé et qui peut glisser avec des frottements minimes sur deux plans orthogonaux, ledit aimant (15) est maintenu par des forces magnétiques qui s'exercent entre lui et deux autres pièces magnétiques qui sont déplacées, le déplacement desdites pièces peut être assuré mécaniquement au moyen de butée micrométrique ou par dilatation thermique de modules PELTIER (21, 22), ce qui permet, par simple interversion du courant, d'assurer à chaque instant un déplacement parfaitement reversible de l'objet (O). 7. Procédé pour obtenir des micro ou submicro déplacements selon 1'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé par le fait que le porte-objet (25) qui porte l'objet (0) à déplacer est en matériau magnétique, il est disposé dans le champ de deux aimants permanents (29 et 30) et est calé entre deux modules PELTIER (28) un pour chaque axe de déplacement (Y ou X). 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé par le fait qu'il comporte un berceau fixe (1) avec des moyens de guidage, tiges ou glissières (3), pour une platine mobile (2), une platine mobile (2) dont la position est controlée ou maintenue d'un côté, par un jeu de ressorts (5, 6), de l'autre par contact mécanique et thermique avec un module PELTIER (10), un module PELTIER (10) intercalé entre la partie fixe du berceau (1) et la platine mobile (2), un moyen de commande assure ledit déplacement en modifiant le sens et la grandeur du courant qui circule dans ledit module PELTIER (10). 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il est possible de combiner un moyen de prépositionnement ou de positionnement rapide; dans ce cas le dispositif comporte en combinaison les moyens suivants : un moyen à vis standard, ou à vis micrométrique (9), permet par appui mécanique sur l'autre face (11) du module PELTIER #10) la commande ou le positionnement rapide pour des déplacements importants de quelques millimètres de préréglage, le module PELTIER (10) est intercalé alors sur une face (11) entre l'extrémité de la butée (13) et sur l'autre face (12) entre la platine mobile (2). 10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen qui fait office de porte-objet et qui est un aimant permanent (15) à champ coercitif élevé et qui peut glisser avec des frottements minimes sur deux plans orthogonaux, ledit aimant (15) est maintenu par des forces magnétiques qui s'exercent entre lui et deux autres pièces magnétiques (16A, 17A) qui sont déplacées, le déplacement desdites pièces peut être assuré mécaniquement au moyen de butée #micrométrique ou par dilatation thermique de modules PELTIER (21,22), ce qui permet, par simple interversion du courant, d'assurer à chaque instant un déplacement parfaitement reversible de l'objet (0). 11. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 7 caractérisé par le fait qu'il comporte un porte-objet (25) en un matériau magnétique ; 1 'objet O à déplacer est disposé sur le porte-objet (25) qui est calé et en contact selon ses deux axes de déplacement avec des pièces isolantes (26), un élément constructeur de chaleur (27) et un module PELTIER (28) ; le porte-objet (25) est disposé dans le champ -des aimants permanents (29 et 30), lesdits aimants permanents étant placés sur des éléments en matériau magnétique (31 et 32) le porte-objet (2)5 est calé entre deux modules PELTIER (2)8, un selon chaque axe de déplacement (X ou Y).