Brevet FR2592950A1 — publié le 19870717

La présente invention se rapporte à un dispositif optique de mesure de très petits angles de déviation entre deux objets, permettant de déterminer un angle voisin ou égal à l'angle nul.. Pour effectuer par exempl.e des contrôles géométriques de rectitude, de parallélisme, de coaxialité, de flexion ou de courbure, on peut avoir à mesurer un angle proche de J'angle nu) correspondant à la déviation, par rapport à une position de référence, de deux objets ou de deux parties d'un même objet écartées 3 'une de l'autre. On fait appel dans certains cas à des méthodes optiques. Une de ces méthodes optiques util.ise une lunette autocollimatrice qui coopère avec un miroir distant de la lunette. La lunette présente un réticule d'émission dont l'image est renvoyée par Ze miroir vers un réticule de réception. Le décalage angulaire de l'axe du miroir par rapport à l'axe théorique joue sur le décalage de l'image qui est lu sur le réticule de réception. Cet appareil. ne permet pas des mesures à distance. La présente invention a pour but de fournir un dispositif permettant de mesurer à distance et par une méthode optique, un angle voisin ou égal à l'angle nul. Ce dispositif présente un faible encombrement et donne une bonne précision. Le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comprend: - des moyens d'émission de signaux lumineux, respectivement suivant deux bandes de longueur d'onde (L1) et (L2) couplés à un muîtiplexeur-démultiplexeur; - un capteur connecté par une fibre optique au multiplexeur-démultiplexeur et comportant un moyen de col-limation du flux lumineux reçu de la fibre optique sur un miroir placé sur le second objet et renvoyant les signaux reçus vers la fibre optique et un organe de réflexion et de filtration, placé sur le trajet du flux lumineux et susceptible de réfléchir vers la fibre optique les signaux de la première bande de longueur d'onde (L1) et de laisser passer les signaux de la seconde bande de longueur d'onde (L2) vers le miroir; - des moyens de détection couplés au multiplexeur-démul.tiplexeur de façon à recevoir, respectivement, les signaux lumineux renvoyés sur la fibre optique par le capteur, dans chacune des bandes de longueur d'onde et susceptibles d'élaborer, chacun, un signal de mesure représentatif du fl.ux lumineux reçu;; - un moyen de mesure, par comparaison desdits signaux de mesure, de 1. atténuation des signaux lumineux de 3a seconde bande de longueur d'onde (L2) par rapport à ceux de la première bande (L1) ladite atténuation étant proportionnelle à l'angle de déviation du miroir par rapport à une position de référence. Selon une caractéristique, le moyen de collimation est constitué par un objectif dont le foyer est positionné à l'extrémité de la fibre, et l'organe de réflexion et de filtration est un filtre dichroique disposé entre ledit objectif et le miroir. Selon une autre caractéristique, les moyens d'émission et de détection des signaux lumineux sont constitués par deux unités d'émission-détection comportant chacune un émetteur de lumière couplé avec une fibre optique reliée au multiplexeur-démultiplexeur, par l'intermédiaire de deux objectifs entre lesquels est disposé un réflecteur semi-réfléchissant qui laisse passer les signaux lumineux émis vers la fibre optique et réfléchit les signaux lumineux de retour vers un troisième objectif focalisant lia lumière sur un détecteur photoélectrique. Selon une autre caractéristique, chaque unité d'émission-détection comporte un détecteur d'asservissement couplé à l'émetteur de lumière par l'intermédiaire d'un objectif de couplage dudit émetteur et de la fibre, par ledit réf3.ecteur semi-réfléchissant et par un quatrième objectif. L'invention va maintenant être décrite en se référant à un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple et représenté schématiquement sur le dessin annexé. La ligure unique donne un scnéma d'ensemble du dispositif qui comprend essentiellement deux dispositifs 6 et 7 d'émission-réception, un multiplexeur- démul.tiplexeur 3 et un capteur 1. Le capteur 1 comprend deux parties, respectivement, un moyen de collimation 11 et un organe de filtration 12 fixés sur un objet 10 et un miroir 13 fixé sur l'autre objet 10'. Les deux objets 10 et 10 peuvent, selon l'application, être constitués de deux pièces séparées dont on mesure I.'orientation l'une par rapport à l'autre, ou bien d'une pièce unique dont on mesure la déformation, par exemple la flexion. Le capteur I peut être éloigné de î'installation de mesure proprement dite, constituée des dispositifs d'émission-réception 6, 7 et du multiplexeur démultiplexeur 3 qui est relié au capteur X par une fibre optique 2. Les dispositifs d'émission-détection 6 et 7 qui seront décrits plus en détail par la suite, sont reliés séparément, par deux fibres optiques 4 et 5, au multiplexeur-démultiplexeur 3. Chaque dispositif 6, 7 d'émission-détection comprend un émetteur, respectivement 61 et 71, et un détecteur respectivement 66 et 76. Les deux émetteurs 61 et 71 émettent des signaux lumineux suivant deux bandes séparées de longueur d'onde, respectivement une première bande de longue d'onde L1 et une seconde bande de longueur d'onde 2 le multiplexeur-démultiplexeur 3 envoyant vers le capteur 1, par la fibre optique 2, un signal multiplexé. Ce signal. arrive à l'entrée A du capteur 1, qui comprend un moyen de collimation constitué par exemple, par un objectif 11 dont le foyer est placé à l'entrée A sur laquelle est connectée l'extrémité de la fibre optique 2. L'objectif 11 collimate les signaux lumineux issus de la fibre 2 vers le miroir 13 et, dans le sens de retour, focalise sur la fibre 2 les signaux réfléchis sur le miroir 13. Dans une position de référence, correspondante à un angle nul de déviation, la surface réfléchissante du miroir 13 est rigoureusement perpendiculaire à l'axe 14 constitué par la fibre 2 et l1ob- jectif.L1objectif 11 et le miroir 13 constituent donc un système autocollimateur. Entre l'objectif 11 et le miroir 13, est disposé un organe de réflexion et de filtration tel. qu'un filtre dichroïque 12, perpendiculaire à l'axe 14 de l'objectif. Ce filtre 12 est prévu de façon à réfléchir les signaux lumineux de la première bande de longueur d'onde L1 vers l'entrée A du capteur, et à laisser passer uniquement vers le miroir 13, les signaux lumineux de la seconde bande de longueur d'onde L2 qui sont donc réfl.échis . Les signaux des deux bandes de longueur d'onde, réfléchis respectivement sur le filtre 12 et sur le miroir 13 sont focalisés par l'objectif 11 sur l'extrémité de la fibre optique 2. Cette dernière renvoie donc un signal de retour multipl.exé vers le multiplexeur démul.tiplexeur 3 qui sépare l.e signal et envoie le signa3 de retour de la première bande de longueur d'onde L1 vers le détecteur photoélectrique 66 et le signal de retour de la seconde bande de longueur d'onde L2 vers le détecteur photoélectrique 76. Chacun des détecteurs pnotoéleccriques 66 et 76 é3abore un signal de mesure représentatif du flux lumineux reçu et, par conséquent, de 1 'atténuation de la ligne de transmission (multiplexeur connecteur de fibre, transmission des objectifs, réflexion ou transmission du miroir dichroïque 12, etc.). Chacun des dispositifs d'émission-détection comprend des moyens d'asservissement de l'émetteur de lumière pour que le flux envoyé vers le muJtiplexeur- démuitiplexeur soit constant, quelles que soient les conditions d'environnement et notamment, les variations de température. Comme on le voit sur la figure, les deux dispositifs d'émission-détection 6 et 7 sont constitués de la même façon. Chaque dispositif 6 (7) relié au multipl.exeur-démul.tiplexeur 3 par une fibre optique 4, (5) comprend un émetteur de lumière 61 (71) qui est couplé à la fibre optique 4 (5) par l'intermédiaire de deux objectifs 62, 63 (72, 73) dont les axes sont confondus, l'émetteur de lumière 61, (71) et l'extrémité de la fibre 4 (5) étant placés respectivement au voisinage des plans focaux desdits objectifs. Entre 1-es objectifs 62 et 63 (72 et 73), est disposé un réflecteur semi-réfl.échissant 64 (74) susceptible de laisser passer vers le second objectif 63 (73) les signaux émis vers la fibre optique 4, (5) et de réfléchir les signaux de retour venant de la fibre 4, (5) vers un troisième objectif 65 (75) qui focalise la lumière sur un détecteur photo-électrique 66 (76). Le réflecteur semi-réfl.échissant 64 (74) dont la surface semi-réfléchissante est inclinée à 450 sur l'axe des objectifs 62 et 63 (72 et 73) réfléchit cependant une partie du flux de lumière émis par l'émetteur 61 (71) vers un quatrième objectif 67 (77) dont l'axe colnciae avec celui de 1 objectif 65 (75) et qui focalise cette partie du flux lumineux vers un second détecteur photoe'lectrique 68 (78) servant a l'asservissement de 1. émetteur de lumière 61 (71) au moyen d'un dispositif 69 (79) de régulation de lumière qui permet d'injecter dans les fibres optiques 4 et 5, la même quantité de jaumière quelle que soit 1 évolution des émetteurs 61 et 71 en fonction de la température.On peut considérer que les pertes des connecteurs de fibre optique et du mul.tip]exeur varient de manière à peu près identiques pour les deux longueurs d'onde en fonction de la température, et que, par conséquent, la lumière est atténuée de l.a même façon sur les deux lignes pour la position de référence correspondant à un angle de déviation nul, la variation d'atténuation sur la seconde bande de longueur d'onde L2 par rapport à la première bande L1 correspondant alors uniquement, à une déviation du miroir 13.La comparaison, au moyen d un calculateur 8 des signaux de mesure fournis respectivement par les détecteurs photoé)ectriques 66 et 76 permet donc de mesurer, sans effet parasite, l'atténuation due seulement au déplacement du miroir 13 et par conséquent, l'angle de déviation du miroir 13 par rapport au miroir 12. En raison de cette très grande sensibilité et de cet affranchissement des effets parasites, le dispositif qui vient d'être décrit permet de mesurer de très petits angles de déviation, voisins de 1 angl.e nul, même sur des distances relativement importantes, et peut trouver une application dans la machine outil ou pour mesurer la flexion d'un mât de périscope. Mais l'invention ne se limite pas à cette application et au mode de réalisation qui n'a décrit qu'à titre d'exemple, d'autres variantes Ou des perfectionnements de détail pouvant être envisagés, sans sortir du cadre de protection défini par les revendications. REVENDICATIONS 1. Dispositif optique de mesure de petits angles, de déviation entre deux objets, caractérisé par le fait qu'il comprend: - des moyens (61, 71) d'émission de signaux lumineux, respectivement suivant deux bandes de longueur d'onde (L1 et L2) couplés à un multiplexeur- démultiplexeur (3);; - un capteur (1) connecté par une fibre optique (2) au multiplexeur-démultiplexeur (3) et comportant des moyens (11) de collimation du flux lumineux reçu de la fibre optique (2) sur un miroir (13) placé sur le second objet (10') et renvoyant les signaux reçus vers la fibre optique (2) et un organe de réflexion et de filtration (12), placé sur le trajet du flux lumineux et susceptible de réfléchir vers la fibre optique (2) les signaux de la première bande de longueur d'onde (L1) et de laisser passer les signaux de la seconde bande de longueur d'onde (L2) vers le miroir (13);; - des moyens de détection (66, 76) couplés au multiplexeur-démultiplexeur (3) de façon à recevoir, respectivement, les signaux lumineux renvoyés sur la fibre optique (2) par le capteur (1), dans chacune des bandes de longueur d'onde et susceptibles d'élaborer, chacun, un signal de mesure représentatif du flux lumineux reçu; - un moyen (8) de mesure, par comparaison desdits signaux de mesure, de l'atténution des signaux lumineux de la seconde bande de longueur d'onde (L2) par rapport à ceux de la première bande (L1), ladite atténuation étant proportionneJle à I'angle de déviation du miroir (13) par rapport à une position de référence. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par lue fait que le moyen de collimation est constitué par un objectif (11) disposé entre le miroir (13) et l'extrémité de la fibre (2) et dont le foyer est positionné sensiblement sur l'extrémité de la fibre optique, le filtre dichrolque (12) étant disposé entre ledit objectif (11) et ledit miroir (13). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par lue fait que 3.es moyens d'émission et de détection sont constitués par deux unités d'émissiondétection (6), (7) de signaux lumineux comportant chacune un émetteur de lumière (61), (71) qui est couplé avec une fibre optique (4) (5) reliée au muZtipZexeur- démultiplexeur (3) par l'intermédiaire de deux objectifs (62, 63) (72, 73) entre lesquels est disposé un réflecteur semi-réfléchissant (64), (74) qui réfléchit les signaux lumineux vers un troisième objectif (65) (75) focalisant la lumière sur un détecteur photoélectrique (66) (76). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que chaque unité d'émissiondétection comporte un détecteur photoélectrique d'asservissement (68), (78) couplé à l'émetteur de lumière (61), (71) par l'intermédiaire de l'objectif de couplage de l'émetteur et de la fibre (63) (73) du réflecteur semi-réflécnissant (64), (74) et d'un quatrième objectif (67), (77), lesdits détecteurs d'asservissement (68), (78) permettant de réaliser une régulation des flux de lumière émis, dans les deux bandes de longueur d'onde (L1, L2) vers le capteur (1).