Brevet FR2587532A1 — publié le 19870320

Lorsque l'on utilise des lasers à anneau comme gyroscopes, il est courant de fixer trois lasers à anneau sur une structure commune de montage. Les axes sensibles des lasers à anneau sont en général exactement orthogonaux. Pour assurer la précision de l'alignement des axes des lasers à anneau sur une large gamme de températures, la conception mécanique de la structure de montage du laser à anneau doit isoler la cavité du laser des dilatations thermiques différentielles entre la matière formant la cavité et la base métallique de montage. En outre, pour assurer le maintien de l'ali- gnement lors de vibrations et d'accélérations, la struc- ture de montage doit être angulairement rigide. Le simple montage des lasers à anneau sur un structure commune de support est insuffisant. L'invention concerne une structure particu- lière destinée à supporter un laser à anneau. La struc- ture de support selon l'invention est généralement réalisée en verre ou en matière du type verre-céramique, suffisamment rigide et dimensionnellement stable. La structure de support selon l'invention comprend deux troncs de cône circulaires reliés par leurs grandes extrémités. Les troncs de cane sont fendus, ou dégagés, radialement, de manière que leur matière fléchisse sous l'effet de la dilatation thermique différentielle tout en conservant un alignement mécanique très précis sous l'effet d'accélérations et de vibrations. Chaque tronçon de cône du support présente une ouverture centrale circulaire qui s'ajuste sur une colonne de montage. Le support est fixé à et est avantageusement réalisé d'une seule pièce avec le laser annulaire par son rayon extérieur ou grand rayon. La section transversale des deux troncs de cône reliés forme deux c6tés 2587532' d'un triangle et la colonne forme le troisième côté. La section transversale triangulaire rigide formée par les membrures des troncs de cône et la colonne de montage est d'une rigidité particulièrement élevée. En raison de la flexion des membrures, la contrainte transmise au bSti du gyroscope est très faible. Par conséquent, toute déformation due à un mouvement des miroirs d'angle est minimisée. Aucun adhésif ou autre matière n'est nécessaire à l'interfa- ce des cônes, car le dispositif est avantageusement relié de façon rigide au niveau de l'interface. Le laser à anneau devient donc dimensionnellement stable sur de longues périodes. Dans une forme typique de réalisation, la structure de support est réalisée en verre. Toute déflexion due à une dilatation différentielle entre le laser à anneau supporté et la colonne de montage est absorbée par chaque élément flexible en verre, sous la forme d'une flexion pure, éliminant la contrainte de cisaillement aux Joints entre le verre et le métal adjacent. Des fentes sont ménagées dans les troncs de cône pour éliminera contrainte circonférentielle. Des trous de dégagement, sensiblement parallèles aux axes des cônes, sont formés aux extrémités des fentes pour s'opposer à tout allongement supplémentaire des fentes. La structure de support de l1invention est en outre avantageuse par le fait qu'elle est usinée dans des pièces coniques coupées qui sont fabriquées rapidement sur un tour commandé par ordinateur. Les membrures sont séparées par des fentes qui y sont coupées, généralement à l'aide d'une scie à fil métallique chargé de diamant. La flexion pure des membrures lors d'une dilatation ou d'une contraction de la colonne de support produit une contrainte et une déformation minimales aux surfaces des miroirs des lasers à anneau, et le faisceau laser n'est pas affecté par cette flexion. L'invention a donc pour objet de supporter un laser à anneau avec une grande rigidité angulaire. L'invention a également pour objet de réali- ser un tel support au moyen d'un élément rigide, aisément usiné, comportant plusieurs poutres ou membrures de forme sensiblement conique, disposées de façon à former deux troncs de cône reliés par leurs grandes extrémités et divisés par des fentes orientées radialement. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: - - la figure 1 est une élévation, avec coupe et arrachement partiels, montrant la structure de support selon l'invention fixée à une colonne de support; - la figure 2 est une vue de dessus drune structure typique de support selon l'invention; - la figure 3 est une coupe suivant la ligne 33 de la figure 2; et - la figure 4 est une coupe partielle à échelle agrandie des deux troncs de cône de la structure à leur point de fixation. La figure 1 représente une colonne 10 de support orientée vers le haut, qui est illustrée dans cette orientation simplement pour des raisons de commo- dité. En général, trois de ces colonnes sont fixées, par exemple, à une plate-forme stabilisée (non représen- tée) ou à un véhicule (non représenté) de façon que leurs axes 12 forment un jeu d'axes orthogonaux. Le montage ou support 14 de l'invention, représenté en plan sur la figure 2, est fixé rigidement au corps 13 d'un laser à anneau. D'autres éléments, tels que les miroirs, les moyens de sortie des informa- tions, les moyens d'excitation ou -les moyens destinés à faire osciller mécaniquement le laser à anneau ne sont pas non plus représentés car ils n'entrent pas dans le cadre de l'invention. Le support 14 comporte une partie centrale 16 ayant la forme de deux troncs 18, 20 de cône circu- laires droits qui sont reliés par leurs grandes extrémi- tés 22. La conception est telle que les éléments triangu- laires 18 et 20 sont perpendiculaires à la direction de la dilatation de la colonne 10 de support. Les troncs de cône 18 et 20 sont divisés chacun par des fentes radiales 30 en plusieurs cannelures ou doigts 32. Chacune des fentes 30 aboutit avantageuse- ment à un trou 34 de soulagement des contraintes, orienté axialement. La figure 4 montre que la surface 28 de la colonne 10 et l'axe central des membrures ou cannelures 32 de la partie centrale 16 forment entre eux un angle d'environ 45 . Cet angle n'est pas limité. Il peut être de toute valeur comprise entre 0 et 90 suivant la rigidité axiale, radiale et en torsion demandée au montage et suivant la dilatation de la colonne. Les structures 18 et 20 en forme de tronc de cône de la partie centrale 16 présentent des faces cylindriques circulaires 24, 26 (voir figure 1) qui s'ajustent à glissement sur le coté extérieur de la surface cylindrique circulaire 28 de la colonne 10 lorsque le dispositif est assemblé. Ce dernier est généralement assemblé alors que la colonne O10 est refroidie à une très basse température. Lorsque la colonne se réchauffe, l'ajustement entre les faces 24, 26 et la surface 28 devient un ajustement serré. La structure triangulaire, formée sur deux côtés par les troncs de cône 18 et 20 et sur le troisième côté par la colonne , oppose une extrême rigidité à tout désalignement angulaire, de sorte que l'axe du montage 14 et donc l'axe sensible du laser à anneau fixé 13 coïncident avec l'axe 12 de la colonne 10. Dans une forme préférée de réalisation, la structure de l'invention est réalisée en verre- céramique ou en verre, mais elle peut être réalisée en toute autre matière pourvu que la stabilité structu- relle demandée soit maintenue. En fonctionnement, le dispositif, fixé à un laser à anneau (non représenté), est mis en place sur la colonne 10. Toutes contraintes dues à la tempéra- ture, à l'accélération ou à d'autres variations, sont absorbées par le support de l'invention, sous la forme d'une flexion pure des cannelures 32, sans qu'aucune déformation par torsion ne soit communiquée au laser à anneau 13. Aucune contrainte de cisaillement n'apparaît entre le support de verre et le métal adjacent. Pour obtenir une flexion pure, on choisit les angles des membrures de façon que les forces dues à la dilatation de la colonne 10 soient perpendiculaires aux membrures. Le laser à anneau est représenté comme étant fixé à la face extérieure et autour du montage de l'in- vention. Il n'est pas nécessaire de décrire ici la structure intérieure, car le fonctionnement du laser à anneau, proprement dit, n'entre pas dans le cadre de l'invention. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la structure de support décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Structure de support pour laser à anneau (13), caractérisée en ce qu'elle comporte deux éléments de structure sous la forme de troncs de cône circulaires (18, 20) sensiblement identiques, reliés rigidement entre eux, leurs axes étant coincidants, par leurs parties (22) de plus grand diamètre, ces éléments étant divisés en plusieurs membrures (32) par des fentes orientées axialement et radialement. 2. Structure selon la revendication 1, carac- térisée en ce que les membrures sont sensiblement identi- ques et les fentes sont sensiblement identiques. 3. Structure selon la revendication 2, carac- térisée en ce que chaque fente aboutit, à son extrémité située radialement vers l'extérieur, dans un trou (34) de soulagement des contraintes, chaque trou étant orienté à peu près parallèlement à l'axe de chacun des troncs de cône. 4. Structure selon la revendication 3, carac- térisée en ce que les parties (24, 26) de plus faible diamètre, situées radialement à l'intérieur, des membru- res présentent des surfaces segmentées cylindriques circulaires destinées à être fixées à et à s'accoupler avec une surface cylindrique circulaire (28). 5. Structure, caractérisée en ce qu'elle comporte deux éléments coniques (18, 20) de structure, en verre, reliés rigidement entre eux, leurs axes étant coincidents, par leurs parties (22) ayant radialement les plusgrands diamètres, ces éléments étant formés de membrures (32) orientées axialement et radialement et les parties radialement de plus faible diamètre desdits éléments étant formées de façon à s'ajuster et à s'accoupler sur une colonne cylindrique (10) de montage.- 6. Structure de support associée à un bâti (13) de laser à anneau présentant une ouverture centrale située sur son axe sensible, la structure de support comprenant un élément (14) se présentant sous la forme sensiblement de deux troncs de cône (18, 20) reliés entre eux, par leurs parties (22) de plus grand diamètre, leurs axes étant coincidants, ainsi qu'à la périphérie de l'ouverture centrale du bâti, l'élément de support étant divisé par des fentes (30) orientées axialement et radialement afin de former entre elles des membrures (32) orientées axialement et radialement, lesdites membrures présentant, à leurs parties de plus faible diamètre, des surfaces (24, 26) destinées à se fixer étroitement sur une colonne (10), les angles formés par les troncs de cône et les membrures étant tels que, lorsque l'élément de support est fixé à une colonne, la dilatation thermique de cette colonne engendre une flexion pratiquement pure desdites membrures. 7. Structure selon la revendication 6, carac- térisée en ce que les troncs de cône fixés entre eux sont retournés l'un par rapport à l'autre. 8. Structure selon la revendication 7, carac- térisée en ce que les troncs de cône sont droits, ladite ouverture centrale est sensiblement circulaire, l'élément structurel de support est fixé au bâti et entouré par le bâti dans la zone de fixation des troncs de cône l'un à l'autre, et les membrures présentent, à leur extrémité de plus faible diamètre, des surfaces (24, 26) destinées à s'appliquer et s'ajuster sur une colonne circulaire cylindrique (10). 9. Structure selon la revendication 5, carac- térisée en ce que les éléments coniques sont retournés l'un par rapport à l'autre. 10. Structure selon la revendication 9, caractérisée en ce que les éléments coniques sont des troncs de cône droits et en ce que les membrures présen- tent, à leur partie extrême de plus faible diamètre, des surfaces destinées à s'ajuster et s'accoupler sur une colonne en forme de cylindre circulaire droit. 11. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les troncs de cône sont retournés l'un par rapport à l'autre. 12. Structure selon la revendication 11, caractérisée en ce que les troncs de cône sont droits et en ce que les membrures présentent, à leur partie extrême de plus faible diamètre,des surfaces destinées à s'ajus- ter et s'accoupler sur une colonne en forme de cylindre circulaire droit.