Brevet FR2734376A1 — publié le 19961122

L'invention se rapporte aux appareils optiques embarqués. On connait des plates-formes asservies et stabilisées pour appareils optiques embarqués, lesquelles permettent d'assurer l'élimination des vibrations provenant du véhicule porteur et nuisibies à la résolution des appareils optiques, le découplage des mouvements du véhicule et le pilotage a distance, en site et en gisement, pour l'observation, l'acquisition des objectifs, la poursuite des cibles,.... etc. La stabilisation est réalisèea partir d'un gyroscope a deux degrés de liberté dont le moment cinétique est parallèle a l'axe optique de chaque appareil, alors que ses axes de pivotement sont parallèles a ceux de la plate-forme.Le rôle du gyroscope est double : en l'absence d'ordre, il maintient dans l'espace la plate-forme en situation fixe, c'est a dire qu'il découple l'ensemble des appareils optiques portés par cell-e-ci vis a vis des mouvements et des vibrations du véhicule porteur ;sur ordre, il commande l'orientation en gisement et site de la plate-forme ; ce pilotage conserve a la plateforme en cause la qualité de la stabilisation, malgré les changements d'orientation et au cours même de ceux-ci. Les plates-formes de ce genre présentent une masse et une inertie. relativement considérables de sorte qu'une stabilisation précise et un asservissement rapide nécessitent la mise en jeu de fortes puissances motrices. La fi délité de réponse reste néanmoins médiocre. On connait d'autres types de plates-formes qui remédient a de tels inconvénients. Ces plates-formes comprennent un agencement dans lequel leur propre stabilisation est conjuguée a une stabilisation intérieure du ou des appareils optiques embarqués comme cela est décrit dans le brevet d'invention n 75-36999 déposé le 3.12.1975 au nom de la demanderesse.La plate-forme est stabilisée et pilotée d'aprèsles informations délivrées par le gyroscope et toute erreur de stabilisation résiduelle, détectée par le gyroscope, est utilisée pour asservirsoit des-deviateurs optiques croisés traversés par le faisceau parvenant a un apparéil optique embarqué ou en provenant, soit un miroir mobile autour de deux axes perpendiculaires, assurant la même fonction. Si ces platesformes, que l'on peut qualifier de plates-formes à-deux etages de stabilisation offrent l'avantage d'une borne qualité de stabilisation compatible avec la résolution optique des appareils, elles présentent l'inconvénient de necessiter une stabilisation intérieure par appareil optique. La présente invention a pour but de remédier a de tels inconvénients. Elle a pour objet à cet effet une plate-forme asservie et stabilisée comportant plusieurs appareils optiques, caractérisée en ce que les rayonnements incidents a destination de ces appareils optiques ou en provenant sont réfléchis par un miroir d'entrée stabilisé dans un montage dit " la cardan", par un gyroscope auquel il est asservi, par une liaison de rapport moitié autour d'un premier axe de gisement et par une liaison de rapport unité autour d'un second axe de site, le gyroscope et le miroir d'entrée formant un ensemble inertiel logé et fixé ainsi que les appareils optiques dans un caisson pivoté autour d'un axe de site dans un palier lui même pivoté autour d'un axe de gisement par rapport a l'embase de la plateforme liée au véhicule, le caisson et le palier étant respectivement asservisautour de leurs axes de pivotement par des moteurs commandés a partir des signaux délivrés par des détecteurs mesurant les variations de position angulaire du miroir d'entrée. Suivant une variante de l'invention les axes de gisement peuvent être les axes de site et les axes de site les axes de gisement. De préférence le montage dit " la cardan" et le miroir d'entrée sont équipés de pivots flexibles qui par déformation élastique autorisent le faible débattement angulaire autour des axes de gisement et de site. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés a titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 montre de face la plate-forme asservie et stabilisée contenant les appareils optiques. La figure 2 est une vue de côté de la plate-forme de la figure 1. La figure 3 montre en perspective schématique, la disposition de la plateforme de la figure 1 et de son miroir stabilisé par un gyroscope. La figure 4 est une représentation en coupe d'un pivot flexible du miroir stabilisé. La figure 5 est une représentation en coupe d'un ensemble moteur-détecteur utilisé pour positionner le miroir stabilisé. Aux figures 1 et 2 une plate-forme asservie et stabilisée 1 est constituée d'une embase 2 rendue solidaire du véhicule 3, d'un bras oculaire 4 reglable, de construction connue en soi, qui transmet a l'observateur 5 l'image du paysage vue a travers les lucarnes 6a et 6b d'un caisson 7 contenant les optiques du trajet de la voie visible reliant le bras oculaire 4 et tous les appareils optiques nécessaires, soit a titre d'exemple : une caméra infra rouge 8 pour l'observation, une caméra de télévision 9 pour l'ecartometrie missile et un laser 10 pour la télémétrie cible. La voie infra rouge traverse la lucarne 6a,et les autres voies optiques la lucarne 6b après renvoi par un miroir d'entrée 11 stabilisé.Pour explorer le paysage, le caisson 7 est tourillonné, autour d'un premier axe 12, dans un palier 13 qui est lui même tourillonné, autour d'un second axe 14, dans l'embase 2 de la plate-forme 1. Les axes 12 et 14 qui peuvent être respectivement les axes de site et de gisement sont perpendiculaires entre eux et avec les directions de vise 15 lorsque la plate-forme 1 se trouve en position dite"canonique"comme représentée au dessin. Le miroir d'entrée 11 est, autour d'un axe de site et d'un axe de gisement, stabilisé par un gyroscope ; le caisson 7 et le palier 13 étant respectivement autour de leursaxesde pivotement 12 et 14 asservis a la position de ce miroir d'entrée 11 comme nous le verrons ci-après en détail. A la figure 3, un gyroscope 16, a deux degrés de liberté est placé, par l'intermédiaire d'un montage dit a la cardan 17, a l'intérieur d'un bati 18 solidaire du caisson 7. Le montage dit a la cardan 17 est réalisé par un premier cadre 19 portant le gyroscope 16 et monté dans un second cadre 20 lui même monté a l'intérieur du bâti 18. Le premier cadre 19 peut pivoter autour d'un axe 21, par rapport au second cadre 20 qui peut lui aussi pivoter par rapport au bâti 18 autour d'un axe 22 perpendiculaire a l'axe 21. Les axes 21 et 22 étant respectivement parallèles aux axes 12 et 14 en position dite "canonique" comme représentée au dessin. Le gyroscope 16 est placé dans le cadre 19 de sorte que ses axes de mesure 23 et 24 sont respectivement parallèles aux axes 21 et 22, et en position dite 'tanonique"son moment d'inertie de direction 25 forme avec les axes 21 et 22 un trièdre trirectangle. Les axes autour desquels pivotent le premier cadre 19 et le second cadre 20 sont des axes montés sur roulements a billes ou mieux des axes flexibles qui, par déformation élastique, autorisent un faible débattement angulaire. Ils peuvent être de préférence, comme montré a la figure 4 réalisés par une barre de torsion 26 de section en forme de croix montée a chaque extrémité dans une bague 27a et une bague 27b, l'une étant logée en force dans un cadre et l'autre logée en force dans l'autre cadre ou dans le bâti 18. Les cadres 19 et 20 peuvent ainsi entre eux et par rapport au bâti 18 pivoter d'un angle de faible valeur autour des axes 21 et 22. Cet angle est de l'ordre de quelques degrés. Sur le second cadre 20 vient se fixer une chape 28 portant le miroir d'entrée 11. Le plan de ce miroir d'entrée 11 est parallèle a l'axe 21 et il est incliné par rapport a l'axe 22 ; l'angle d'inclinaison peut etre de préférence de 45 degrés. La liaison mécanique entre le cadre 20 et la chape 28 du miroir d'entrée 19 se fait par des axes ou des pivots identiques a ceux précédemments décrits et représentés a la figure 4 pour permettre un léger débattement angulaire du miroir d'entrée 11, par rapport au second cadre 20 et au gyroscope 16, autour d'un axe 29 parallèle a l'axe 21.Le miroir d'entrée 11 est conduit a pivoter autour de l'axe 29 moitié moins que le premier cadre 19 et le gyroscope 16 autour de l'axe 21, par une liaison mécanique faite de poulies liées par un ruban pour réaliser un rapport de démultiplication de moitié. Une poulie 30 de rayon 2R est solidaire de la chape 28, une seconde poulie 31 de rayon R est quant a elle solidaire du premier cadre 19 et ces deux poulies 30 et 31 sont reliées par un ruban métallique 32 fixé a chaque extrémité a l'une des poulies. Tout mouvement angulaire relatif du premier cadre 19 autour de son axe de pivotement 21 se traduit par un mouvement angulaire de moitié du miroir 11 autour de son axe 29 ou inversement. Et tout mouvement angulaire relatif du second cadre 20 autour de son axe 22 se traduit par un mouvement angulaire de même amplitude du miroir d'entrée 11 autour de ce même axe 22. Le miroir d'entrée 11 ne pivotant que d'un angle moitié par rapport au cadre 19 portant le gyroscope 16, un ensemble compensateur d'inertie 33, monté pivotant dans le cadre 20, est par un ensemble poulies courroies qui le lie au miroir d'entrée 11, entraîné en rotation de sens inverse de celle du miroir. Le gyroscope 16 est de préférence un gyroscope dit " joint flexible". Ses axes de mesure 23 et 24 sont équipés chacun d'un moteur couple et d'un détecteur d'angle, non représentés au dessin. Les détecteurs donnent l'orientation dans l'espace de la direction 25 du moment cinétique du gyroscope par rapport a son boitier et par rapport au cadre 19. Les sorties des détecteurs du gyroscope 16 sont appliqués respectivement aux entrées de deux amplificateurs 34a et 34b dont les sorties sont branchées aux bornes d'une paire de dispositif a moteurs et a detecteurs homologues 35a et 35b, et 36a et 36b. Les dispositifs 35a, 35b, 36a et 36b sont des moteurs linéaires équipés également chacun d'un détecteur linéaire comme décrit plus loin. Ces dispositifs 35a, 35b et 36a, 36b placés entre le bâti 18 et le miroir d'entrée 11 commandant par paire, l'un poussant l'autre tirant, respectivement l'orientation du miroir d'entrée 11 autour des axes 22 et 29 et l'orientation du cadre 19 et du boitier du gyroscope 16 autour de l'axe 21 par l'intermédiaire du dispositif poulies-ruban 30, 31 et 32,et autour de l'axe 22 bien entendu et ce jusqu'a annulation des signaux en sortie des détecteurs du gyroscope 16. Le boîtier du gyroscope 16a pivoté autour de l'axe 21 d'un angle double de celui dont a pivoté le miroir d'entrée 11 autour de l'axe 29 du fait de la liaison-poulies-ruban de sorte que la direction de visée 15 reste toujours parallèle a la direction 25 du moment cinetique du gyroscope 16. Le gyroscope 16 et le miroir d'entrée 11 montés et liés comme décrit précédemment forment un ensemble inertiel qui permet, autour de débattements limités , de stabiliser finement par un miroir unique les axes des appareils optiques et l'axe de la voie visible aboutissant au bras oculaire 4. Les débattements plus importants, pour déplacer l'ensemble inertiel dans une direction 15 désirée par rapport a celle du véhicule ou a maintenir cette direction fixe par rapport à des mouvements du véhicule, sont obtenus par l'asservissement, autour des axes 14 et 12, du palier 13 et du caisson 7 contenant l'ensemble inertiel-gyroscope miroir et les appareils optiques. Les informations fournies par les détecteurs linéaires des dispositifs moteurs-détecteurs 35a et 35b, après amplification dans un amplificateur 37, servent à commander un moteur 38 qui recale le palier 13, autour de l'axe 14, sur la position en gisement du gyroscope 16. Les informations fournies par les détecteurs linéaires des dispositifs moteurs détecteurs 36a et 36b, après amplification dans un amplificateur 39, servent à commander un moteur 40 qui recale le caisson 7, autour de l'axe 12, sur la position en site du gyroscope 16. Au dessin les moteurs 38 et 40 entraînant respectivement le palier 13 et le caisson 7 par des réducteurs à engrenages qui, pour éviter les jeux, peuvent être remplacés par des pignons et des courroies souples avec armature metallique inextensible. Pour déplacer la direction de visée 15, indépendamment des mouvements du véhicule porteur, un manche de commande 41 permet d'envoyer des signaux aux moteurs couples, non représentés au dessin, du gyroscope 16 qui précessionne et asservit le miroir d'entrée 11 et le caisson 7 et le palier 13 qui sont assujettis a suivre les déplacements de la direction 25 du moment cinétique du gyroscope. Un gyromètre 42a dont l'axe de mesure 42b est orienté perpendiculairement aux axes de mesure 23 et 24 du gyroscope 16 et parallèlement a l'axe de visée 15, en position dite"canonique" de la plate-forme 1 comme représentée au dessin est monté sur le caisson 7. Le gyromètre 42a détecte les mouvements l'axe de visée destabilisateurs autour de/. La sortie de son detecteur 42b est appliquée a l'entrée d'un intégrateur 43 relié a l'amplificateur 39 dont la sortie est branchée aux bornes du moteur 40 de recalage du caisson 7 autour de l'axe 12. Le miroir d'entrée 11 stabilise en gisement et en site les rayonnements parvenant aux appareils optiques ou en provenant et dans la boucle d'asservissement du caisson 7 qui est assujetti a suivre les déplacements du miroir 11. en site une correction est ajoutée pour corriger les défauts de stabilisation, autour de l'axe de visée, détectés par le gyromètre 42a. Les dispositifs moteurs-détecteurs 35a, 35b, 36a et 36bsont detailles a la figure 5. Ils sont du type a bobine 44 a air circulant dans un entrefer magnétisé ne présentant pas de couple de frottement ni de couple visqueux. Cette bobine 44 à air est guidée par des ressorts araignée 45. Les dispositifs moteurs-détecteurs comprennent une embase en fer 46, magnétisée par un aimant permanent 47, et une armature mobile 48. L'armature mobile 48 porte d'une part, deux bobines motrices 49 et d'autre part, pour former le détecteur, une bobine d'excitation 50 mobile dans une bobine captrice 51. L'extrémité 52 de l'armature mobile est reliée au miroir d'entrée à qui elle transmet la force motrice. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif nullement limitatif et qu'il est possible d'y introduire des modifications de détail , sans pour autant sortir de son cadre. - REVENDICATIONS 1- Plate-forme asservie et stabilisée comportant plusieurs appareils optiques, caractérisée en ce que les rayonnements incidents a destination de ces appareils optiques ou en provenant sont réfléchis par un unique miroir d'entrée (11) stabilisé, dans un montage dit "à la cardan", par un gyroscope (16) auquel il est asservi par une liaison de rapport moitié autour d'un premier axe de gisement (29) et par une liaison de rapport unité autour d'un second axe de site (22), lesdits appareils optiques et l'ensemble inertiel gyroscope (16) miroir d'entrée (11) - étant logés et fixés dans un caisson (7) pivoté autour d'un axe de site (12) dans un palier (13) lui même pivoté autour d'un axe de gisement (14), ledit caisson (7) et ledit palier (13) étant respectivement asservisautour de ces axes (12) et (14) par des moteurs (40) et (38j commandés à partir des signaux délivrés par des détecteurs (35a) et (35b), et (36a) et (36b) mesurant les variations de position angulaire du miroir d'entrée (11). 2- Plate-forme asservie et stabilisée selon la revendication 1, caracteri- séeen ce qu'un gyromètre (42a) dont l'axe de mesure est perpendiculaire aux axes de mesure du gyroscope (16), la plate-forme 1 étant en position dite "canonique", est fixé sur le caisson (7), la sortie de son détecteur étant appliquéeà un intégrateur (43) relié à l'amplificateur (39) dont la sortie est branchée aux bornes du moteur (4a) de recalage du caisson 7 autour de l'axe 12. 3- Plate-forme asservie et stabilisée selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisée en ce que le montage dit "à la cardan" (17) et le miroir d'entrée (11) sont équipés de pivots flexibles qui par déformation élastique autorisent le faible débattement angulaire autour des axes de gisement (21) et (29) et de site (22). 4- Plateforme asservieet stabilisée selon l'une quelconque des revendications 1 a3 caractériséeen ce que les moteurs de l'asservissement du miroir d'entrée au gyroscope sont des moteurs lineaires et-les détecteurs 35a, 35b 36a et 36b dudit miroir d'entrée (11) sont des détecteurs linéaires.