Brevet FR2615000A1 — publié le 19881110

Dispositif de déviation de faisceau lumineux et Système d'asservissement de ]aiceau en comDortant aDDlicatlon L'invention concerne les dispositifs de déviation de faisceau lumineux autour de deux axes, du type comprenant un récepteur porté par un socle par l'intermédiaire d'un montage à la Cardan et muni de moyens moteurs permettant de l'entrainer en rotation autour de chacun des deux axes. Les dispositifs de ce type, dont le montage s'effectue par l'intermédiaire de roulements ou de paliers lisses présentent des couples de frottement nuisibles à la précision de l'asservissement en position éventuel et sont généralement complexes, chers et volumineux. En contrepartie, leur débattement angulaire est important. Mais souvent cette propriété n'est pas un avantage réel car un débattement faible, de quelques degrés, est suttisant. C'est par exemple le cas des miroirs de petite taille utilisés pour l'harmonisation des systèmes optiques. b On sait également réaliser des dispositifs de déviation, dits "diasporamètres" & l'aide de deux prismes rotatifs autour d'un même axe. Mais les diasporamètres ont l'inconvénient d'une loi de commande non linéaire, d'une absorption lumineuse importante et d'un chromatisme difficile à écarter. L'invention vise à fournir un dispositif de déviation de faisceau lumineux pouvant être incorporé à un système asservi et présentant un débattement angulaire de plusieurs degrés par rapport à une position médiane, dispositif répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il est tout à la fois simple, compact, pratiquement exempt de frottements, achromatique, à loi de commande linéaire et incorporable à un système asservi. Dans ce but, l'invention propose un dispositif du type ci-dessus défini, caractérisé en ce que le montage à la Cardan comporte un premier support sur lequel est fixé le réflecteur et un second support relié au premier support et au socle par des pivots à flexion définissant deux axes de rotation mutuellement orthogonaux et en ce que les moyens moteurs comportent des cames agissant sur au moins le premier support contre l'action de moyens de rappel pour déterminer 1 'orien- tation du premier support autour desdits axes de rotation. Il est préférable que les cames agissent toutes deux directement sur le premier support, mais cela n'est pas indispensable. Chaque came est entrainée par un moteur avantageusement de type pas-à-pas conservant sa position aussi longtemps qu'il est alimenté, en l'absence d'impulsions de commande. L'emploi d'un tel moteur permet de mesurer la position angulaire prise par chaque support à partir d'une position initiale connue par simple comptage algébrique d'impulsions électriques envoyées au moteur, en tenant compte de la polarité des impulsions. Lorsque des engrenages sont interposés entre le moteur et la came, des moyens de rattrapage de jeu, tels qu'un ressort, sont avantageusement prévus pour améliorer la précision de positionnement. On peut ainsi arriver à une précision très élevée (0,1 mrad environ) dans une plage de variation de +5 autour de chaque axe. Le dispositif peut être incorporé au système asservi, en utilisant un détecteur de position du faisceau réfléchi, constitué par exemple par une cellule à quatre quadrants. Du fait que les angles de déviation restent faibles, il n'y a pratiquement pas de couplage entre les chaines d'asservissement autour des deux axes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la Figure 1 est une vue schématique du dispositif, en coupe suivant un plan passant par un des axes, montrant également les éléments essentiels d'un système d'asservissement en position du faisceau réfléchi - la Figure 2 montre schématiquement, en vue de dessus1 la disposition relative des composants du dispositif associés aux deux axes de rotation. Le dispositif montré en Figure 1, où l'échelle n'est pas respectée, comprend un réflecteur 10, constitué par un prisme ayant une face argentée, fixé sur un premier support 12. Le support 12 est monté, par l'intermédiaire de pivots à flexion 14 définissant un axe de rotation X'X, sur un second support 16. Le support 16 est monté à son tour sur un socle 18 par l'intermédiaire de pivots à flexion 20 qui définissent un axe de rotation Y'Y (Figure 2) orthogonal au premier qu'il coupe en un point 0. Les pivots à flexion sont constitués chacun de deux bagues coaxiales destinées à être fixées chacune à un des éléments à relier et de lames élastiques croisées reliant les bagues, lames auxquelles la rotation relative des bagues à partir d'une position de repos impose une déformation en flexion, sans créer de frottement. Il n'est pas nécessaire de décrire ici de tels pivots, couramment disponibles dans le commerce. Le support 12 est muni de moyens propres à le faire tourner à volonté autour des axes X'X et Y'Y. Ces moyens comportent, pour l'axe Y'Y, un moteur électrique pas-à-pas 22 dont l'arbre de sortie entraine une came rotative 24 en appui sur un rebord du plateau qui constitue le premier support 12. Le point d'appui est placé approximativement sur l'axe X'X de façon à réduire les couples dûs aux frottements de la came sur le rebord. Pour augmenter la résolution du dispositif, un train d'engrenages réducteur 26 est interposé entre le moteur 22 et la came 24. Dans le cas d'un moteur à 24 pas par tour par exemple, le train d'engrenages peut être constitué de deux pignons dont l'un est fixé à l'arbre de sortie du moteur 22 et l'autre porte la came 24, donnant un rapport de réduction d'environ 100. Pour éviter que les jeux du train d'engrenages introduisent une imprécision lors des changements de sens de rotation du moteur 22, un ressort en spirale 25, non représenté sur la Figure 2, peut etre prévu entre les. pignons pour maintenir leurs dents en butée. Le rebord du support 12 est maintenu appliqué en permanence contre la came 24 par un organe élastique de rappel, schématisé sur les Figures 1 et 2 par un ressort de compression 28. Pour que l'angle de déviation du faisceau réfléchi par le miroir 10 soit proportionnel à l'angle de rotation du moteur 22, la came 24 montrée en Figure 1 présente une rampe usinée de façon que la variation 6 de distance par rapport à l'axe de rotation de la came (c'est-à-dire l'excentrement) soit proportionnelle à l'angle a de rotation par rapport à l'origine, le facteur de proportionnalité étant choisi en fonction de l'application du dispositif. La rotation du premier support 12 autour de l'axe X'X est assurée, de la même façon qu'autour de l'axe Y'Y, par des moyens moteurs comportant un moteur pas-à-pas 22g, un train d'engrenages réducteur 26a et une came 24â s'opposant à un ressort de rappel 28 (Figure 2). Le dispositif qui vient d'être décrit peut être incorporé à des systèmes asservis de natures très diverses. A titre d'exemple, la Figure 1 montre la constitution de principe d'un système destiné à maintenir le faisceau réfléchi R dans une direction de référence quels que soient les changements d'orientation du faisceau incident I, dans une plage déterminée, et à mesurer les angles donnés au miroir 10. pour atteindre ce résultat. Etant donné que la plage de mesure est faible, il n'y a pas de couplage entre les mouvements autour des axes X'X et Y'Y et les changements d'orientation du miroir sont pratiquement proportionnels aux rotations des cames. Les angles du faisceau incident I par rapport à une direction d'origine dans deux plans orthogonaux seront donc représentés par la somme algébrique des impulsions reçues par les moteurs 22 et 22 å partir d'une position d'origine pour laquelle le faisceau réfléchi est dans la direction de référence lorsque le faisceau I est dans la direction d'origine. La Figure 1 montre schématiquement un exemple de boucle d'asservissement autour de l'axe X'X du système. Cette boucle comprend un détecteur 30 dont le centre définit la direction de référence, constitué par une cellule photoélectrique à quatre quadrants. Les quadrants sont placés de façon qu'une rotation du premier support 12 autour de l'axe X'X accroisse l'éclairement de deux quadrants et diminue l'éclairement des deux autres. Un amplificateur opérationnel 32 est relié aux sorties des quatre quadrants de façon à fournir une tension de sortie proportionnelle à la différence d'éclairement entre les deux couples de deux quadrants, dont la polarité est représentative du sens de l'écart du faisceau R par rapport à la direction de référence. Le signal de sortie de l'amplificateur 32 est appliqué à un circuit d'asservissement 34, éventuellement du type proportionnelle-intégrale-dérivée, fournissant sur ses sorties les impulsions de commande du moteur 22. Un compteur d'impulsions 36 permet d'afficher un nombre représentatif de l'écart entre le faisceau I et une direction de référence, dans un plan parallèle aux axes X'X et Y'Y. Un second circuit, identique au premier, mais commandé par la différence d'éclairement entre deux couples différents de quadrants, permet d'actionner le moteur 22 et de fournir une indication représentative de l'écart dans un plan passant par X'X et orthogonal à Y'Y. Du fait de la raideur du moteur pas-à-pas, un simple comptage permet de déterminer les écarts, alors qu'en cas de risque de dérive un capteur supplémentaire serait nécessaire. Pratiquement, dans le cas de miroirs de faibles dimensions, destinés à être intégrés à des systèmes asservis montés sur véhicule, le circuit 34 est avantageusement prévu pour présenter une faible bande passante, ne dépassant pas 5 Hz. On voit que le dispositif qui vient d'être décrit ne présente pas de chromatisme, n'a qu'une absorption faible, a une voie de commande de déviation linéaire, donc simple. il peut être très compact et fonctionner en environnement sévère. Du fait de l'absence de frottements par suite de l'emploi de pivots à flexion et d'une came de commande placée de façon appropriée, l'asservissement peut etre extrêmement précis. REVENDICATIONS 1. Dispositif de déviation de faisceau lumineux autour de deux axes, comprenant un réflecteur (10) porté par un socle (18) par l'intermédiaire d'un montage à la Cardan et muni de moyens moteurs permettant de l'entrainer en rotation autour de chacun des deux axes, carac térisé en ce que le montage à la Cardan comporte un premier support (12) sur lequel est fixé le réflecteur (10) et un second support (16) relié au premier support et au socle par des pivots à flexion (14, 20) définissant deux axes de rotation mutuellement orthogonaux et en ce que les moyens moteurs comportent des cames (24, 24.a) agissant sur au moins le premier support contre l'action de moyens de rappel (28, 28g) pour déterminer l'orientation du premier support autour desdits axes de rotation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier support (12) est constitué par un plateau présentant des rebords sur lesquels s'appuient les cames (24, 24). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque came (24; 24) est entrainée par un moteur pas-à-pas (22, 22) par l'intermédiaire d'un train d'engrenages réducteur (26, 26fui). 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque came (24, 24g) présente une excentricité (6) proportionnelle à son angle de rotation (a). 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par des moyens élastiques de rattrapage de jeu interposés entre chaque came et le moteur correspondant. 6. Dispositif selon l'une quelconque- des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des cames (24, 24g) prend appui sur le premier support en un point placé sur l'un des axes de rotation. 7. Système d'asservissement en position de la direction d'un faisceau réfléchi (R), comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur de position, des moyens recevant le signal de sortie du détecteur et fournissant des impulsions de commande des moteurs et des moyens de sommation algébrique des impulsions envoyées aux moteurs.