Brevet FR2666437A1 — publié le 19920306

ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne un instrument d'optique particulièrement pour mesurer la vitesse d'une surface mobile d'un corps ou d'un fluide Le faisceau lumineux de mesure émis par un laser tombe sur la surface, est réfléchi et des réflexes parasites sont reçus par un détecteur, traités par un ordinateur et donnés comme sortie de la vitesse Un tel instrument d'optique ou tout autre instrument d'optique comprend un ensemble d'optique qui est porté par une platine L'invention concerne tout particulièrement le support de la platine qui porte l'ensemble d'optique. Description de l'état de le technique Un des domaines d'utilisation des instruments d'optique tels que celui décrit en introduction est le laminage de rails à partir de blocs d'acier Etant donné que le début et la fin d'un rail en train d'être laminé est détecté par l'instrument d'optique et étant donné que la vitesse du déplacement est mesurée la longueur du rail peut être calculée par ordinateur en un instant L'instrument d'optique ne peut pas être placé trop loin du processus de laminage C'est pourquoi, il faut effectuer des mesures pour maintenir l'exactitude de l'instrument d'optique en excluant des contraintes thermiques trop fortes. Un instrument d'optique connu pour la mesure sans contact de la vitesse et de la longueur d'un objet à l'aide d'un faisceau laser a un robuste bâti en aluminium fondu qui doit être refroidi par de l'eau Le bâti consiste en une base à paroi épaisse et en des plaques latérales et frontales dans lesquelles l'eau de refroidissement peut circuler Malgré ces efforts de la chaleur pénètre dans la structure puisque toutes les zones du bâti ne peuvent pas être atteintes par le système de refroidissement si bien qu'il peut y avoir des déformations. Ces déformations compromettent l'ensemble d'optique pour la focalisation et le guidage du faisceau laser. Il existe des systèmes de mesure à deux faisceaux ou à un faisceau et dans le dernier cas, il y a un faisceau de référence Dans tous les cas le faisceau lumineux de mesure est fractionné, réfléchi et focalisé et les réflexes parasites doivent traverser plusieurs composants optiques tels que lentilles, miroirs et autres auxiliaires optiques qui doivent être positionnés de manière extrêmement précise les uns par rapport aux autres Si un positionnement précis est déformé par une sollicitation mécanique ou par une déformation dûe à la chaleur, ceci a des conséquences graves pour la qualité de l'instrument La vitesse est mesurée en évaluant la fréquence d'une onde reçue en superposant la fréquence d'origine et la fréquence des réflexes parasites modifiée par l'effet Doppler. BUTS DE L'INVENTION L'un des buts de l'invention est d'améliorer l'exactitude d'un instrument d'optique qui est nécessairement soumis au rayonnement de la chaleur. Un autre but de l'invention est de réduire ou même d'exclure la nécessité d'un refroidissement par eau dans un environnement difficile, imprégné de chaleur. Un autre but de l'invention est de réduire les frais de montage d'un instrument d'optique qui doit être protégé contre les déformations causées par la chaleur. RESUME DE L'INVENTION La présente invention concerne un instrument d'optique particulièrement pour mesurer la vitesse d'une surface mobile à l'aide d'un faisceau lumineux de mesure émis par un laser. un détecteur recevant les réflexes parasites dudit faisceau lumineux après réflexion sur ladite surface L'instrument comprend un bâti ayant une plaque de base et au moins un ensemble d'optique enfermé dans ledit bâti et monté sur une platine, ladite platine étant supportée sur ladite plaque de base par des moyens de support Les moyens de support supportent la platine de manière telle qu'il n'y ait ni transfert de déformation, quelle qu'elle soit, de la plaque de base à la platine, ni déformation par flexion, ni déformation par torsion. Pour atteindre ce but, les moyens de support fixent un premier point de ladite platine comme à un mouvement axial de et vers ladite platine et à l'intérieur de son propre plan, un second point comme à un mouvement axial de et vers ladite platine et à l'intérieur de son propre plan à côté d'un mouvement axial le long d'un axe qui traverse les deux points ci-dessus mentionnés, le premier et le deuxième, et un troisième point comme à un mouvement axial de et vers ladite platine. La fixation du premier point est, de préférence, réalisée par un joint à rotule qui ne permet pas de déplacement axial mais uniquement un déplacement par rotation Le second point est fixé de telle manière qu'un déplacement axial de et vers le premier point est possible ainsi que tous les mouvements par rotation à l'aide d'un autre joint à rotule Le troisième point est tout juste fixé comme à la distance entre la plaque de base et la platine par exemple à l'aide d'un élément d'articulation ayant deux joints à rotule fixés respectivement à la plaque de base et à la platine. Avec un tel support de platine, il n'est absolument pas possible que la plaque de base transmette sa propre déformation à ladite platine Aucune torsion ne peut être transmise par les moyens de support et aucune modification longitudinale n'est transmise à la platine si bien qu'il y a un découplage parfait et sans défaut de la platine et de la plaque de base En conséquence, l'ensemble d'optique porté par la platine ne "souffre" que dans la mesure o la platine elle- même subit une déformation Mais ces déformations peuvent être maintenues minimes par une isolation à la chaleur conventionnelle de l'ensemble. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue latérale d'un instrument d'optique pour mesurer la vitesse d'une surface mobile à l'aide d'un laser qui émet un faisceau lumineux de mesure. La figure 2 est une vue de dessus de l'instrument représenté sur la figure 1 la figure 3 en est une vue de face et la figure 4 une vue de dos. La figure 5 est une vue d'une structure de support utilisée pour supporter une platine dans un instrument d'optique conformément à l'invention. Les figures 6, 7 8 et 9 sont des vues de trois structures de support en tout. DESCRIPTION DETAILLEE DES FORMES DE REALISATION PREFEREES L'instrument d'optique représenté sur les figures 1 2, 3 et 4 comprend essentiellement une plaque de base 1 comme partie d'un bâti (non représenté) et une platine 5 qui est portée par trois structures de support 2 3 et 4 La platine 5 est supportée parallèlement à la plaque de base 1 et à un certain écart de cette plaque de base t La platine 5 porte un élément à laser 4 et un ensemble d'optique. L'ensemble d'optique comprend, dans le sens du faisceau laser 7 quittant l'élément à laser 6 un cristal de Bragg 8, deux prismes 9 et 10, une lentille de dispersion 11 une lentille convergente 12, une lentille cylindrique 13, un prisme principal émetteur 14, une lentille réceptrice 15 un filtre d'interférence 16 et une photodiode 17 Les éléments 11, 12, 13, 14 et 17 sont disposés en un arrangement habituel à quatre joints articulés 18 qui, à son tour, est supporté par deux plaques verticales 19, 20 Les plaques 19, 20 sont montées sur une plaque longitudinale 21 fixée à la platine 5 elle-même. La méthode de mesure n'est pas l'objet de l'invention C'est pourquoi, le fonctionnement de l'ensemble d'optique n'est décrit que superficiellement Le faisceau 7 émis par l'élément à laser 6 est séparé ou fractionné par l'ensemble d'optique en deux faisceau partiels qui quittent le prisme émetteur principal 14 comme deux faisceaux de mesure 22, 23 à angles différents et qui tombent sur une surface non représentée d'un objet Les réflexes parasites revenant de la surface, à fréquence modifiée par l'effet Doppler dû à la vitesse de l'objet, sont reçus par la lentille réceptrice 15 et dirigés vers la photodiode 17 L'onde de la fréquence d'origine superposée et de la fréquence modifiée est calculée par un circuit électronique qui n'est pas représenté Finalement, au moins une vitesse est donnée ou une vitesse et/ou une longueur A partir de cette description il est clair que la précision de l'instrument dépend essentiellement du fait de maintenir l'ajustage des composants optiques participants l'un par rapport à l'autre. Il y a une première structure de support 2 qui consiste principalement en un bloc 25 comme on peut le voir sur les figures 3, 6 et 7 Le bloc 25 est vissé sur la plaque de base 1 comme indiqué par les pointillés 26 et 27 de la figure 3 et par les trous évidés correspondants 28 de la figure 7 Le bloc 25 est placé près d'un coin d'un des deux plus petits côtés frontaux o il rejoint le côté latéral plus long Le bloc 25 a un alésage 29 dans lequel est placé un joint à rotule Le joint à rotule est semblable à celui représenté sur la figure 5 Une rotule forée est placée sans jeu mais en étant facilement mobile dans un bâti avec une face intérieure sphérique Un boulon 30 traverse le trou à l'intérieur de la rotule et est vissé dans une plaque frontale 5 a (figure 1) qui est fixée à la platine à l'aide de vis 46 et 47 et à la plaque longitudinale 21 à l'aide d'une vis 48 La jonction entre la platine 5 le bloc 25 et le boulon 30 est telle que la platine 5 est fixée au bloc 25 dans le plan de la platine 5, le joint à rotule permettant cependant, dans une certaine mesure, des mouvements de rotation de la platine 5 par rapport au bloc 25. La seconde structure de support 3 est particulièrement visible dans la figure 4 en relation avec la figure 8 Elle comprend un bloc 31 qui est vissé à (l'autre) côté frontal de la plaque de base t à l'aide de vis 32 et 33 Un alésage 37 a est ménagé dans le bloc 31, alésage qui est aligné avec l'alésage 29 du bloc 25 qui fait partie de la première structure de support 2. L'alésage 37 a porte un joint à rotule 36 qui à son tour. entoure une rotule forée La rotule du joint à rotule 36 est traversée par un boulon 35 qui est vissé dans un trou fileté 37 à l'intérieur de la platine 5 (figure 5) Contrairement au boulon (figure 3) qui traverse un joint à rotule correspondant le boulon 35 est mobile à l'intérieur de la rotule du joint à rotule 36 le long de son axe médian 40 qui est représenté sur la figure 5 Les flèches 38 et 39 indiquent un espace des deux côtés du bloc 31 pour permettre un mouvement de glissement le long de l'axe 40 et tous les mouvements de rotation dus à l'effet du joint à rotule 36 L'axe médian 40 du boulon 35 est également l'axe médian de l'alésage 29 et du boulon 30 dans le bloc 25 C'est pourquoi, la seconde structure de support est une combinaison d'un joint à rotule et d'un guide axial les deux fonctions sont couvertes par la flèche 34 de la figure 5. Si la plaque de base 1 s'allonge à cause d'une pénétration de chaleur, l'effet de glissement entre le boulon 35 et l'alésage de la rotule du joint à rotule 36 compense cet allongement sans porter la platine 5 avec Si la plaque de base 1 est fléchie par la chaleur ou par un abus mécanique, les deux joints à rotule respectivement dans le bloc 24 et le bloc 31 permettront un déplacement angulaire des deux blocs sans transférer ce mouvement à la platine 3 Bien entendu, tous ces mouvements sont très faibles et sont inférieurs au millimètre et à un angle de quelques minutes. La troisième structure de support 4 est le mieux représentée sur les figures 1 3 et 9 Elle consiste principalement en un élément d'articulation 41 qui porte deux joints à rotule 42 et 43 respectivement au niveau de la plaque de base 1 et de la platine 5 Les joints à rotule 42 et 43 ne sont pas représentés en détails mais sur les figures 3 et 4 on peut voir clairement un certain écart de l'élément d'articulation 41 des deux plaques t et 5 A nouveau, les rotules des joints à rotule 42 et 43 sont traversées par des boulons qui sont représentés sur les figures 3 et 4 Les joints à rotule 42 et 43 sont reçus dans des alésages 44 et 45 à l'intérieur de l'élément d'articulation. La platine 5 flotte au-dessus de la plaque de base 1 supportée par les moyens de support décrits 2 3 et 4 et dce cette manière, le découplage du système optique porté par la platine 5 est réalisé loin de la plaque de base qui pourrait subir des déformations dûes à des sollicitations mécaniques ou thermiques De cette manière, l'ensemble d'optique garde son ajustage beaucoup mieux que dans les unités connues si bien que l'exactitude de l'instrument tout entier est considérablement améliorée. La plaque de base 1 porte des circuits électriques et électroniques, une unité de mesure, ce qui contribue à rendre l'ensemble compact En déconnectant l'élément d'articulation 41 par exemple en desserrant l'une des vis montrées sur la figure 3 ou 4 la platine peut être basculée vers le haut comme un couvercle en permettant ainsi l'accès aux circuits électriques et électroniques L'axe de rotation est l'axe médian 40 qui traverse les deux joints à rotule à l'intérieur des blocs 25 et 31 Si l'on n'a plus besoin de l'accès au circuit électronique, l'élément d'articulation est connecté à novueau et l'instrument est à nouveau prêt à être utilisé. La configuration triangulaire des trois points de fixation peut être vue en particulier sur la figure 2 Tandis que les première et la seconde structures de support 2 et 3 sont positionnées sur une ligne adjacente à un côté longitudinal de la platine 5. la troisième structure de support 4 est positionnée sur le côté longitudinal opposé approximativement en son tentre Il est bien entendu que la troisième structure de support 4 peut être disposée à nimporte quel endroit le long de ce côté longitudinal tant que l'on conserve une configuration triangulaire des trois structures de support 2 3 4. 2666437 REVENDICATIONS 1 Instrument d'optique, en particulier pour la mesure de la vitesse d'une surface mobile à l'aide d'un faisceau lumineux de mesure émis par un laser et d'un détecteur qui reçoit les réflexes parasites dudit faisceau lumineux après réflexion sur ladite surface, comprenant un bâti ayant une plaque de base, au moins un ensemble d'optique contenu dans ledit bâti et monté sur une platine, ladite platine ( 5) étant supportée sur ladite plaque de base ( 1) par des moyens de support ( 2,3,4) qui fixent un premier point de ladite platine par rapport à un mouvement axial de et vers ladite plaque de base et à l'intérieur de son propre plan un second point par rapport à un mouvement axial de et vers ladite plaque de base et à l'intérieur de son propre plan, à côté d'un mouvement axial le long d'un axe passant par lesdits premier et second points, et qui fixent un troisième point par rapport à un mouvement axial de et vers ladite plaque de base, empêchant ainsi toute déformation thermique, par torsion ou par flexion de ladite platine sans tenir compte d'une sollicitation mécanique ou thermique sur ledit bâti. 2 Instrument d'optique selon la revendication 1, dans lequel ladite platine ( 5) est maintenue à une certaine distance de ladite plaque de base ( 1) et parallèlement à celle-ci. 3 Instrument d'optique selon la revendication 1, dans lequel les moyens de support comprennent une première ( 2), une seconde ( 3) et une troisième ( 4) structure de support, chaque structure de support comprenant au moins un joint à rotule. 4 Instrument d'optique selon la revendication 3, dans lequel la platine ( 5) a une forme rectangulaire, ladite première et ladite seconde structure de support pour la fixation respectivement dudit premier et dudit second point étant placées sur la face opposée de ladite platine, et ladite troisième structure de support pour fixer ledit troisième point étant placée sur le côté reliant les côtés opposés. Instrument d'optique selon la revendication 4, dans lequel la troisième structure de support ( 4) est positionnée essentiellement au centre dudit coté reliant les côtés opposés. 6 Instrument d'optique selon la revendication 4 ou 5, dans lequel ladite première et ladite seconde structure de support sont placées tout près du coin de chaque côté, loin dudit c 8 té reliant les côtés opposés. 11 2666437 7 Instrument d'optique selon la revendication 3, dans lequel les première et seconde structures de support comportent chacune un bloc ( 25, 31) attaché à la plaque de base et un joint à rotule positionné à l'intérieur dudit bloc, ledit joint à rotule de ladite première structure de support recevant un boulon ( 30) fixé axialement et vissé dans ladite platine, ledit joint à rotule ( 36) de ladite seconde structure de support recevant un boulon ( 35) mobile axialement et vissé dans ladite platine. 8 Instrument d'optique selon la revendication 3, dans lequel la troisième structure de support comprend un élément d'articulation ( 41), l'élément d'articulation étant attaché à la plaque de base et à la platine respectivement par un joint à rotule ( 42, 43). 9 Instrument d'optique selon la revendication 1, dans lequel la plaque de base est de forme rectangulaire.