Brevet FR3152587A1 — publié le 20250307

Cible rétroréflectrice (100) pour dispositif de télémétrie laser (1), comprenant un réflecteur (120) sphérique et un support (110) sur lequel est fixé le réflecteur, caractérisée en ce qu’une lentille (130) est rapportée sur le support, la lentille comprenant une face sphérique destinée à réaliser un contact ponctuel avec une surface (S) d’un objet (M) à caractériser géométriquement, le réflecteur et la lentille s’étendant de part et d’autre du support, et le centre du réflecteur et le centre de courbure de la face sphérique de la lentille étant confondus. Dispositif de de télémétrie laser (1) comprenant au moins un laser tracker (4) et une telle cible rétroréflectrice. FIGURE DE L’ABREGE : Fig.2 Cible rétroréflectrice et dispositif de télémétrie laser comprenant une telle cible La présente invention concerne le domaine de la métrologie tridimensionnelle, et plus particulièrement une cible rétroréflectrice pour un dispositif de télémétrie laser. L’invention concerne également un dispositif de télémétrie laser équipé d’une telle cible. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION La métrologie tridimensionnelle sert à caractériser géométriquement un objet en déterminant les coordonnées de points en surface de l’objet. Il est connu des machines de métrologie tridimensionnelle qui comportent un ou plusieurs émetteurs/récepteurs lasers (communément appelés laser trackers dans cette application) émettant chacun un faisceau laser en direction d’une cible rétroréflectrice en contact ponctuel avec l’objet. Lorsque qu’elle repose sur l’usage d’un unique laser tracker, la détermination des coordonnées consiste à mesurer les angles d’orientation du faisceau laser et à déterminer la distance parcourue par le faisceau laser entre un point de référence du laser tracker et un centre de la cible rétroréflectrice en mesurant le temps mis par ledit faisceau laser pour faire l’aller-retour entre le point de référence et le centre de la cible. Lorsque qu’elle repose sur l’usage de plusieurs lasers trackers, la détermination des coordonnées est réalisée selon le principe de multilatération : la cible rétroréflectrice est visée simultanément par les lasers trackers qui déterminent chacun la distance le séparant de la cible rétroréflectrice, un traitement mathématique permettant le recouvrement des coordonnées de ladite cible rétroréflectrice. La cible rétroréflectrice comprend généralement un réflecteur sphérique, habituellement en verre d’indice de réfraction sensiblement égal à 2, dont la fragilité interdit tout contact direct avec l’objet en particulier lorsque la surface de celui-ci est une surface rugueuse d’un matériau très dur, comme le carbure de silicium. De telles surfaces se rencontrent couramment sur les miroirs de télescope en cours de polissage, application dans laquelle la précision de la forme de la surface est primordiale et le recours à la métrologie tridimensionnelle courant. Pour obvier à cet inconvénient, il est connu de monter le réflecteur dans un support qui prendra contact avec la surface de l’objet. Ainsi, dans les cibles de type SMR (de l’anglais « Spherically Mounted Retroreflector » ), le support a la forme d’une sphère tronquée dans laquelle est placé le réflecteur sphérique. La relation géométrique entre le centre du réflecteur et le point de contact avec la surface de l’objet à inspecter dépend alors de la concentricité entre le réflecteur et le support en contact avec l’objet. S’il est industriellement possible d’obtenir une concentricité inférieure à 5 micromètres, le support sphérique est généralement en acier ou en aluminium. Or, un tel matériau n’est pas assez dur pour résister sans dommage à un contact direct et répété avec les surfaces rugueuses des matériaux les plus durs, comme celles des miroirs en cours de polissage évoqués plus haut. En effet, dans une telle situation, le support pourrait ne pas conserver un état de surface acceptable ne serait-ce que pour un cycle de mesure unique. Il serait techniquement envisageable de réaliser le support dans un matériau plus dur mais le coût en serait prohibitif. Il est également connu des supports pneumatiques agencés pour créer sous eux un coussin d’air. S’ils présentent l’avantage d’éviter le contact direct avec la surface de l’objet, ils s’avèrent ne pas être adaptés à la mesure de surface non plane et particulièrement sphérique. OBJET DE L’INVENTION L’invention a pour but de proposer une cible rétroréflectrice permettant d’obvier au moins en partie aux inconvénients précités. A cet effet, on prévoit, selon l’invention, une cible rétroréflectrice comprenant un réflecteur sphérique et un support sur lequel est fixé le réflecteur. Une lentille est rapportée sur le support et comprend une face sphérique destinée à réaliser un contact ponctuel avec une surface d’un objet à caractériser géométriquement. Le réflecteur et la lentille s’étendent de part et d’autre du support, et le centre du réflecteur et le centre de courbure de la face sphérique de la lentille sont confondus. Seule la lentille est destinée à venir en contact avec l’objet à caractériser : elle peut donc être réalisée dans un matériau très dur. Le reste du support, qui n’est pas destiné à venir en contact contre l’objet à caractériser, peut être réalisé dans un matériau moins dur que celui de la lentille. On notera que la forme de la lentille autorise un contact ponctuel avec l’objet même si la surface de ce dernier n’est pas plane. Par ailleurs, la concentricité de la lentille et du réflecteur permet d’établir une relation géométrique entre le centre du réflecteur et la face sphérique de la lentille, et donc de mesurer les coordonnées tridimensionnelles de la surface sans aucun contact entre le réflecteur et ladite surface, autrement dit sans engendrer une usure mécanique du réflecteur. Selon une caractéristique particulière, la cible rétroréflectrice comprend des moyens d’ajustement de la position du réflecteur vis-à-vis de la lentille pour permettre la concentricité dudit réflecteur et de la lentille. De manière particulière, le support comprend une platine fixe sur laquelle est montée la lentille, et une monture sur laquelle est monté le réflecteur, les moyens d’ajustement comprenant des vis micrométriques agencées pour ajuster la position de la monture vis-à-vis de la platine fixe dans un plan médian de ladite platine fixe. De manière particulière, le réflecteur est fixé à un porte-réflecteur solidaire de la monture via un filetage micrométrique s’étendant autour d’un axe perpendiculaire au plan médian de ladite monture. De manière particulière, le porte-réflecteur est globalement de forme cylindrique et comprend une collerette interne ayant un pourtour intérieur de forme tronconique sur lequel le réflecteur repose et est maintenu par collage. Selon une autre caractéristique particulière, la lentille est portée par une bague fixée sur la platine fixe. Selon une autre caractéristique particulière, la lentille est plano convexe. Selon une autre caractéristique particulière, la lentille est réalisée en saphir. L’invention concerne aussi un dispositif de télémétrie laser comprenant au moins un laser tracker et une telle cible rétroréflectrice. De manière particulière, le dispositif comprent un bras articulé à une extrémité de laquelle est montée la cible rétroréflectrice. L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels : FIG. 1 la FIG. 1 est une représentation simplifiée d’un dispositif de télémétrie laser ; FIG. 2 la FIG. 2 est une vue de dessus en perspective de la cible rétroréflectrice équipant le dispositif de télémétrie laser illustré à la FIG. 1 , selon un mode de réalisation particulier de l’invention ; FIG. 3 la FIG. 3 est une vue de dessous en perspective de la cible rétroréflectrice illustrée à la FIG. 2 ; FIG. 4 la FIG. 4 est une vue en coupe axiale de la cible rétroréflectrice illustrée à la FIG. 2 ; FIG. 5 la FIG. 5 est une vue de dessus d’une partie de la cible rétroréflectrice illustrée à la FIG. 2 ; FIG. 6 la FIG. 6 est une vue en coupe transversale de la partie de cible rétroréflectrice illustrée à la FIG. 5 . DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION En référence à la FIG. 1 , l’invention est décrite en application à un dispositif de télémétrie laser 1 permettant de caractériser géométriquement avec précision une surface S optique d’un miroir M par multilatération. Le dispositif de télémétrie laser 1 comprend une pluralité d’émetteurs/récepteurs laser ou laser trackers 4 (appelés aussi lasers de poursuite), et un bras articulé 2 ayant une extrémité libre sur laquelle est montée une cible rétroréflectrice 100 via une interface de liaison 3. De façon connue en soi, chaque laser tracker 4 émet un faisceau laser 4.1 vers la cible rétroréflectrice 100 qui est amenée au contact de la surface S du miroir M par le bras articulé 2. Le faisceau laser 4.1 est réfléchi par la cible rétroréflectrice 100 et effectue le même chemin en sens inverse pour pénétrer dans le laser tracker 4 correspondant. Le bras articulé 2 comprend des segments reliés par des articulations pourvues de codeurs permettant de connaître la position angulaire des segments les uns par rapport aux autres et éventuellement de moteurs permettant de déplacer les segments les uns par rapport aux autres pour former un robot ou un cobot. Les laser trackers 4 et le bras articulé 2 sont connus en eux-mêmes et ne seront pas plus décrits ici. En référence aux figures 2 et 3, la cible rétroréflectrice 100 comprend un support 110 sur lequel sont montés un réflecteur 120 sphérique destiné à réfléchir les faisceaux lasers 4.1 des lasers trackers 4 et une lentille 130 plano convexe destinée à réaliser un contact ponctuel avec la surface S du miroir M. Le support 110 a ici globalement la forme d’un parallélépipède rectangle à base carré et comprend une face supérieure 111 et une face inférieure 112 reliées entre elles par des faces latérales 113. La face supérieure 111 et la face inférieure 112 sont globalement de forme carrée (les coins sont coupés à 45 degrés) et s’étendent parallèlement de part et d’autre d’un plan médian XY dudit support 110. Les faces latérales 113 sont de forme rectangulaire et relient chacune un bord de la face supérieure 111 à un bord de la face inférieure 112. Le plan médian XY du support 110 est défini par un axe X et un axe Y s’étendant chacun perpendiculairement à deux des faces latérales 113 et qui passant par un centre O 110 dudit support 110. En référence aux figures 4 à 6, le support 110 comprend un trou 114 central, de forme cylindrique, débouchant à la fois sur la face supérieure 111 et sur la face inférieure 112 du support 110. Le trou 114 s’étend selon un axe Z perpendiculaire au plan médian XY du support 110, l’axe Z passant par le centre O 110 du support 110. Le support 110 comprend également deux premières rainures 115.1 et deux deuxièmes rainures 115.2 qui s’étendent perpendiculairement au plan médian XY et qui débouchent à la fois sur la face supérieure 111 et sur la face inférieure 112 : les premières rainures 115.1 et les deuxièmes rainures 115.2 sont dites traversantes. Les premières rainures 115.1 et les deuxièmes rainures 115.2 sont concentriques et délimitent dans le support 110 : une platine fixe 110.1 annulaire, de forme extérieure globalement carrée, comprenant les faces latérales 113 ; une partie externe de découplage 110.2, annulaire et de forme externe globalement carrée, s’étendant à l’intérieur de la platine fixe 110.1 et rattachée à ladite platine fixe 110.1 par deux premières lames de flexion 116.1 ; une partie interne de découplage 110.3, annulaire et de forme externe globalement carrée ; s’étendant à l’intérieur de la partie externe de découplage 110.2 et rattachée à ladite partie externe de découplage 110.2 par deux deuxièmes lames de flexion 116.2. Les premières lames de flexion 116.1 sont agencées pour permettre une mobilité relative, selon l’axe Y, entre la platine fixe 110.1 et la partie externe de découplage 110.2, et les deuxièmes lames de flexion 116.2 sont agencées pour permettre une mobilité relative, selon l’axe X, entre la partie externe de découplage 110.2 et la partie interne de découplage 110.3 : les premières rainures 115.1 et les deuxièmes rainures 115.2 sont dites de découplage. Le positionnement précis, selon l’axe X, de la partie interne de découplage 110.3 vis-à-vis de la platine fixe 110.1 est réalisé via deux premières vis micrométriques 140.1 à bille s’étendant en saillie, selon l’axe X, de part et d’autre de la platine fixe 110.1. Chacune des deux premières vis micrométriques 140.1 est vissée dans une première bague filetée 141.1 qui est montée serrée dans un orifice central ménagé sur l’une des faces latérales 113 de la platine fixe 110.1, les billes équipant les extrémités des premières vis micrométriques 140.1 pouvant être en appui contre une face latérale de la partie interne de découplage 110.3 et ainsi exercer, selon l’axe X, une force de poussée sur ladite partie interne de découplage 110.3. Le positionnement précis, selon l’axe Y, de la partie interne de découplage 110.3 vis-à-vis de la platine fixe 110.1 est réalisé via deux deuxièmes vis micrométriques 140.2 à bille s’étendant en saillie, selon l’axe Y, de part et d’autre de la platine fixe 110.1. Chacune des deux deuxièmes vis micrométriques 140.2 sont vissées dans une deuxième bague filetée 141.2 qui est montée serrée dans un orifice central ménagé sur l’une des faces latérales 113 de la platine fixe 110.1, les billes équipant les extrémités des deuxième vis micrométriques 140.2 pouvant être en appui contre un flanc latéral de la partie interne de découplage 110.3 et ainsi exercer, selon l’axe Y, une force de poussée sur ladite partie interne de découplage 110.3. La platine fixe 110.1 du support 110 est fixée à l’extrémité libre du bras articulé 2 via l’interface de liaison 3. La partie interne de découplage 110.3 du support 110 est dite mobile et délimite le trou 114 dans lequel est monté une monture 150 tubulaire de forme cylindrique, sensiblement d’axe Z. La monture 150 s’étend en saillie de la face supérieure 111 du support 110 et est pourvu extérieurement d’une collerette 151 de fixation à la partie interne de découplage 110.3, de sorte que ladite monture 150 est fixe par rapport à ladite partie interne de découplage 110.3. La monture 150 comprend également une extrémité pourvue intérieurement d’un filetage micrométrique 152 via lequel un porte-réflecteur 160, globalement de forme cylindrique, est vissé suivant l’axe Z dans la monture 150. Le positionnement précis, selon l’axe Z, du porte-réflecteur 160 vis-à-vis de la monture 150 est réalisé via le vissage dudit porte-réflecteur 160 dans la monture 150. Comme illustré à la FIG. 6 , le porte-réflecteur 160 comprend une première rainure externe 160.1 dans lequel est logé un joint d’étanchéité 161 en contact avec la monture 150, et une deuxième rainure externe 160.2 agencée pour recevoir une extrémité d’une vis pointeau 153 vissée dans un trou radial ménagé dans la monture 150. Le joint d’étanchéité 161 et la vis pointeau 153 permettent d’assujettir de manière étanche le porte-réflecteur 160 dans la monture 150. Le porte-réflecteur 160 comprend également une collerette interne 162 ayant un pourtour intérieur de forme tronconique sur lequel le réflecteur 120 sphérique repose et est maintenu par collage. Le réflecteur 120 s’étend en saillie axiale du porte-réflecteur 160 de manière à offrir une grande acceptance angulaire pour la visée des lasers trackers 4, et est ici réalisé en verre avec un indice de réfraction n sensiblement égal à deux. En référence aux figures 3 et 6, la cible rétroréflectrice 100 comprend en outre une bague 170 portant la lentille 130 dont la face sphérique est destinée à être en contact ponctuel avec la surface S du miroir M à inspecter. Un contre-écrou 171 et un film polyuréthane 172 permettent d’assujettir de manière étanche la lentille 130 sur la bague 170. Le joint d’étanchéité 161 et le film polyuréthane 172 empêchent que des saletés ne s’introduisent dans le filetage micrométrique 152. La lentille 130 est ici réalisée en saphir dont la grande dureté permet d’offrir une durabilité bien supérieure à celle de l’acier ou de l’aluminium, et donc de permettre un nombre élevé de contacts avec la surface S du miroir M sans usure préjudiciable à la mesure, quand bien même la surface S serait rugueuse. La bague 170 est fixée sur la platine fixe 110.1 du support 110 et est agencée de manière à ce que la face plane de la lentille 130 s’étende sensiblement parallèlement au plan médian XY, le centre de courbure O 130 de ladite lentille 130 étant sensiblement confondu avec le centre O 120 du réflecteur 120 sphérique. La concentricité du réflecteur 120 et de la lentille 130 est rendue possible par un ajustement fin de la position du réflecteur 120 vis-à-vis de la platine fixe 110.1 : selon l’axe X, via les premières vis micrométriques 140.1 avec ici une précision de l’ordre du micron, selon l’axe Y, via les premières vis micrométriques 140.2 avec ici une précision de l’ordre du micron, et selon l’axe Z, via le vissage du porte réflecteur 160 dans la monture 150 avec ici une précision de l’ordre de 3 microns. Cette concentricité permet d’établir une relation géométrique entre le centre du réflecteur 120 et le point de contact de la lentille 130 sur la surface du miroir M, le rayon de courbure R 130 de la lentille 130 étant mesuré avec une précision inférieure au micromètre. On notera que la lentille 130 peut être facilement remplacée par une autre lentille lorsque son usure due au contact répété devient perceptible. La concentricité du réflecteur 120 et de la nouvelle lentille 130 est alors retrouvée par un nouvel ajustement de la position de ladite nouvelle lentille. L’effet de l’usure de la lentille 130 est ainsi traité en changeant uniquement la lentille 130 dont le coût est modéré comparé à celui du réflecteur 120. La cible rétroréflectrice 100 peut être déplacée le long de la surface S du miroir M via le bras articulé 2 afin d’acquérir les coordonnées de différents points de ladite surface S via les lasers trackers 4. L’accostage de la cible rétroréflectrice 100 sur la surface S se fait selon la normale théorique de ladite surface S de façon à minimiser l’impact de toute erreur résiduelle de positionnement du réflecteur 120 vis-à-vis du support 110. L’interface de liaison 3 reliant la cible rétroréflectrice 100 à l’extrémité du bras articulé 2 comporte un capteur de force de contact entre la lentille 130 et la surface S du miroir M. Le capteur de force agit comme une sécurité arrêtant le mouvement d’accostage de la cible rétroréflectrice 100 si la force mesurée par ledit capteur est supérieur à une valeur prédéterminée. La durée de vie de la lentille 130 peut être augmentée en réalisant un traitement DLC (de l’anglais « Diamond Like Carbon » ) de sa face sphérique. La dureté obtenue par un tel traitement est supérieure à celle du saphir, ce qui rend la lentille 130 moins sensible à l’usure causée par le contact répété avec la surface S. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications. Bien que le réflecteur soit ici sphérique, il peut aussi être partiellement sphérique ou monté sur sphère (de type SMR, de l’anglais « Spherically Mounted Retroreflector »). Bien que la lentille soit ici plano convexe, elle peut aussi être d’autre forme du moment qu’elle comprend une face sphérique. Bien que le dispositif de télémétrie laser 1 comprennent ici une pluralité de lasers trackers 4 ne mesurant chacun que la distance parcourue par la cible (inspection par multilatération), il peut ne comprendre qu’un seul laser tracker 4 mesurant la distance parcourue par le faisceau laser mais aussi les deux angles d’orientation dudit faisceau laser (par exemple via des codeurs angulaires). Bien que la surface S à inspecter soit celle d’un miroir (M), elle peut être de tout autre nature. Cible rétroréflectrice (100) pour dispositif de télémétrie laser (1), comprenant un réflecteur (120) sphérique et un support (110) sur lequel est fixé le réflecteur, caractérisée en ce qu’une lentille (130) est rapportée sur le support, la lentille comprenant une face sphérique destinée à réaliser un contact ponctuel avec une surface (S) d’un objet (M) à caractériser géométriquement, le réflecteur et la lentille s’étendant de part et d’autre du support, et le centre du réflecteur et le centre de courbure de la face sphérique de la lentille étant confondus. Cible rétroréflectrice (100) selon la revendication 1, comprenant des moyens d’ajustement (140.1, 140.2, 152) de la position du réflecteur (120) vis-à-vis de la lentille (130) pour permettre la concentricité dudit réflecteur et de la lentille. Cible rétroréflectrice (100) selon la revendication 2, dans laquelle le support (110) comprend une platine fixe (110.1) sur laquelle est montée la lentille (130), et une monture (150) sur laquelle est monté le réflecteur (120), les moyens d’ajustement comprenant des vis micrométriques agencées pour ajuster la position de la monture vis-à-vis de la platine fixe dans un plan médian (XY) de ladite platine fixe. Cible rétroréflectrice (100) selon la revendication 3, dans laquelle le réflecteur (120) est fixé à un porte-réflecteur (160) solidaire de la monture (150) via un filetage micrométrique (152) s’étendant autour d’un axe perpendiculaire au plan médian (XY) de ladite monture. Cible rétroréflectrice (100) selon la revendication 4, dans laquelle le porte-réflecteur (160) est globalement de forme cylindrique et comprend une collerette interne (162) ayant un pourtour intérieur de forme tronconique sur lequel le réflecteur (120) repose et est maintenu par collage. Cible rétroréflectrice (100) selon l’une des revendications 3 à 5, dans laquelle la lentille (130) est portée par une bague (170) fixée sur la platine fixe (110). Cible rétroréflectrice (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la lentille (130) est plano convexe. Cible rétroréflectrice (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la lentille (130) est réalisée en saphir. Dispositif de de télémétrie laser (1) comprenant au moins un laser tracker (4) et une cible rétroréflectrice (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Dispositif de de télémétrie laser (1) selon la revendication 9, comprenant un bras articulé (2) à une extrémité de laquelle est montée la cible rétroréflectrice (100).