FR 2723196 A1 19960202 FR 9409414 A 19940729 "Actionneur micrométrique". La présente invention concerne un actionneur micrométrique et ces utilisations de cet actionneur. Les actionneurs micrométriques piezoélectriques sont utilisés en laboratoire pour déplacer des outils ou des éléments d'expérience avec des courses extrêmement réduites. Lorsque le déplacement doit être très précis, (précision de quelques micromètres ou fractions de micromètres par exemple), le noyau mobile de l'actionneur doit être asservi en position, au besoin à l'aide d'un système informatique. En plus de la précision, il est souvent nécessaire, lors de certaines expériences ou utilisations de disposer d'un actionneur présentant une course importante comme 6,25 mm, 25 mm ou 50 mm. Il existe actuellement sur le marché un seul actionneur piezcélectrique à grande course. Il est commercialisé par la société américaine Burleigh. Cet actionneur comprend un moteur linéaire à transducteur piézoélectrique. Ce transducteur comprend trois éléments piézoélectriques successifs 1, 2 et 3 (figure 6) empilés dans le corps de l'actionneur. Les éléments 1 et 3 sont annulaires et coaxiaux au noyau actionneur du moteur. Ils serrent et désserrent cycliquement le noyau suivant les impulsions électriques qui leur sont appliquées. L'élément 2 est fixé à la partie fixe du moteur et agencé pour provocfuer le déplacement longitudinal du noyau selon les impulsions électriques. Par conséquent, une commande alternée adaptée des trois éléments permet de déplacer le noyau dans une direction donnée. Le déplacement très réduit des extrémités de l'élément 2 2 2723196 provoque par cycle un déplacement du noyau suivant un pas sub-micrométrique. La vitesse maximale de déplacement de la tige est d'environ 2,5 mm/s. La résolution du moteur, c'est- à-dire le déplacement minimum qui peut être obtenu pour le noyau, est de l'ordre de 5 nm. Pour connaître le déplacement du noyau du moteur, l'actionneur comprend généralement des moyens pour mesurer le déplacement du noyau. L'actionneur Burleigh comprend pour cela un codeur optique de déplacement linéaire à règle gravée. La résolution de ce codeur, et donc celle de l'actionneur lui-même, est seulement dans le meilleur des cas de 500 nm. La précision est encore bien moins bonne à cause des variations de température, notamment celles qui son engendrées au coeur même de l'actionneur du fait de son fonctionnement. Cependant, ces caractéristiques conviennent dans un grand nombre d'expériences. En revanche, pour certaines expériences, notamment en optique (mise en oeuvre de la méthode dite du "Recalage Holographique Intégral, par exemple), on doit dasposer d'un actionneur qui possède simultanément une résolution beaucoup plus fine, par exemple de l'ordre de quelques nanomètres, et une précision importante, par exemple de l'ordre de 50 à 100 nanomètres. Jusqu'alors aucun actionneur compact de ce type n'a été mis au point. C'est pourquoi la présente invention propose un actionneur présentant tous les avantages des actionneurs à grande course connus jusqu'à présent, et possédant une résolution de l'ordre du nanomètre et une précision voisine du millionième de la course. L'invention vise donc un actionneur micrométrique comprenant un corps, un noyau mobile longitudinalement par rapport au corps, des moyens pour déplacer le noyau de quelques nanomètres et plus, et des moyens pour mesurer le déplacement du noyau. Selon l'invention, l'actionneur est caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure comprennent un interféromètre optique. En effet, il existe maintenant des capteurs interférométriques miniaturisés dont la résolution descend jusqu'à 10, voire 5 nm si l'on utilise un trièdre rétroréflecteur comme partie réfléchissante sur le corps en mouvement. L'association d'un tel capteur et du moteur précité permet de réaliser un actionneur compact à résolution très améliorée pouvant descendre jusqu'à 5 nanometres, c'est-à-dire dont la résolution et la précision des moyens de mesure sont compatibles avec celle des moyens de déplacement du noyau. Selon une version avantageuse de l'invention, l'actionneur comprend une tige s'étendant coaxialement à travers le noyau et fixée à celui-ci, une première extrémité de la tige étant fixée à la pointe de l'actionneur et une deuxième extrémité de la tige étant 2- agencée pour recevoir le faisceau de l'interféromètre, la surface de la tige étant espacée de la surface intérieure du noyau au moins sur la portion médiane du novau. Cet agencement fait que la tige n'est soumise que modérément à lm chaleur dégagée par le fonctionnement du moteur et sa longueur n'est pas modifiée par la charge axiale appliquée à l'actionneur. Elle relie directement la pointe au réflecteur. L'interféromètre mesure donc précisément le déplacement de la pointe sans que Èss variations thermiques conduisant à des dilatations ou de charge (engendrant des variations de longueur) ne compromettent de façon rédhibitoire la précision de cette mesure, dans beaucoup d'applications. Selon une autre version avantageuse de l'invention, les éléments du corps reliant l'interféromètre et les moyens de déplacement du noyau sont réalisés en invar. Selon une version préférée de l'invention, l'actionneur comprend une sonde de température située au voisinage du faisceau de l'interféromètre et en contact avec l'air traversé par celui-ci. Ainsi, en fonction des informations transmises par la sonde, les indications de l'interféromètre peuvent être corrigées pour tenir compte de la température de l'air traversé par le faisceau de l'interféromètre. Selon une autre version préférée de l'invention, l'actionneur comprend des moyens distincts de l'interféromètre pour détecter que le noyau se trouve à une position longitudinale prédéterminée par rapport aux moyens de déplacement. L'invention vise également une utilisation de l'actionneur selon l'invention pour réaliser un asservissement du noyau au voisinage d'une position donnée, les moyens pour déplacer le noyau comprenant des céramiques piezoélectriques. Selon l'invention, cette utilisation comprend les étapes consistant à: calculer grâce à l'interféromètre et à des moyens informatiques la valeur moyenne des pas, le pas correspondant au déplacement du noyau produit par l'élongation maximale de la céramique qui provoque le déplacement longitudinal du noyau; - déplacer le noyau jusqu'à atteindre une position éloignée de ladite position donnée d'une distance sensiblement égale à la moitié de ladite valeur moyenne; et - déplacer le noyau d'une distance sensiblement égale à la moitié de ladite valeur moyenne en direction de la position donnée. De plus, l'invention vise également une utilisation de l'actionneur selon l'invention pour placer le noyau à une position de référence de rentrée maximale du noyau dans le corps, les moyens de déplacement du noyau permettant son déplacement par incréments. Selon l'invention, cette utilisation comprend les étapes consistant à: - calculer grâce à l'interféromètre et à des moyens informatiques la valeur moyenne des sommes d'un nombre donné d'incréments; - déplacer le noyau à une première vitesse jusqu'à détection que le noyau se trouve proche de ladite position longitudinale de référence; - déplacer le noyau à une deuxième vitesse inférieure à la première vitesse et mesurer chaque somme du nombre donné des derniers incréments de déplacement du noyau; et - lorsque ladite mesure atteint une fraction prédéterminée de ladite valeur moyenne, interrompre le déplacement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description qui va suivre d'un mode préféré de réalisation. Aux dessins annexes donnés à titre d'exemple non-limitatif: - la figure 1 est une vue en coupe axiale longitudinale d'un accztnneur selon l'invention; - la figure 2 est une vue agrandie du détail D e la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe axiale longitudinale de l'actionneur de la figure 2 suivant le plan III-III; - la figure 4 est une vue en coupe transversale suivant le plan IV-IV de la figure 3; et - la figure 5 est une vue en coupe schématique montrant un détail des pièces 5 et 8 de la figure 2. L'actionneur micrométrique selon l'invention comprend un corps, un noyau mobile longitudinalement par rapport au corps, des moyens pour déplacer le noyau de quelques nanomètres et plus, et des moyens pour mesurer le déplacement du noyau. Les moyens de mesure comprennent un interféromètre optique. Les moyens pour déplacer le noyau comprennent un actionneur de type Burleigh tel que précité. Ceux-ci sont sur le marché et l'on supposera leur structure et leur fonctionnement connus, ou facilement adaptables par l'homme du métier pour la réalisation de l'invention. On en rappelera ici néanmoins brièvement le principe. Comme on l'a vu plus haut et en référence à la figure 6, c'est l'élongation de la céramique 2 qui provoque le déplacement longitudinal du noyau. Cette élongation est obtenue en appliquant aux bornes de la céramique une tension s'accroissant par sauts de 1,5 volts depuis 0 jusau'à 800 volts. Chaque saut provoque un incrément de déplacement du noyau d'environ 5nm. De 0 à 800 volts, il se produit 512 incréments de déplacement du noyau dont la somme constitue un pas de déplacement d'environ 2,5 Lm. Il se produit un CLIC à -a permutation du serrage des céramiques annulaires 1 et 3. Cette permutation se produit automatiquement pour U = 0 ou U= 800 volts. Au moment du CLIC, le noyau de i'actionneur avance ou recule brutalement d'une valeur pouvant atteindre 50 nm environ. Hors de la zone de CLIC, la réponse du système est sensiblement linéaire. L'interféromètre est constitué d'un capteur interférométrique commercialisé par la société CSO. La structure et le fonctionnement de celui-ci sera donc également supposée connue. On en rappelera seulement le principe de fonctionnement. Un double interféromètre de Michelson est gravé sur une puce carrée de 7 mm de coté. Une diode laser émet un faisceau qui est couplé dans la couche guidante du circuit, séparé en deux parties pour constituer les bras de référence et de mesure. Après réflexion sur un composant optique fixé à l'objet en mouvement (miroir ou trièdre rétroréfléchissant), le faisceau du bras de mesure interfère avec celui du bras de référence. Quand l'objet se déplace, les franges d'interférence défilent devant les photodétecteurs; leur comptage permet la mesure du déplacement. Le déphasage optique de r/2 d'une partie du bras de référence et l'utilisation de deux photodétecteurs permettent de déterminer le sens du déplacement. La partie optique ainsi qu'une partie de l'électronique "sensible" sont montés dans un corps métallique cylindrique de diamètre 17 mm et de longueur 73 mm. Le coffret électronique, destiné à l'alimentation du capteur cylindrique ci-dessus, comporte des carc3s d'interfacage et un module d'affichage de position. -1 est relié au capteur à l'aide d'un câble de 2 mètres de lc-.gueur. L'axe optique de l'interféromètre est confondu avec l'axe de symétrie du corps 5 du moteur Burleigh. La pièce optique a- renvoi du faisceau laser, solidaire 8 2723196 de la pièce dont on veut mesurer le déplacement, peut être un miroir ou un trièdre rétroréflecteur. La résolution de ce capteur est de 10 nm, et de 5 nm si on adopte la solution avec trièdre rétroréflecteur. Dans ce cas, la précision de mesure maximale est de 10-6 du déplacement +/- 5 nm. On peut corriger les erreurs engendrées par les variations de température et la pression de l'air. Dans le système CSO, cette correction n'est valable que si ces 2 paramètres sont fixes durant tout le temps que dure la mesure. Il est cependant possible d'effectuer cette correction même si les 2 paramètres évoqués ci- dessus fluctuent au cours de la mesure. Dans ce cas, il faut tenir compte de la longueur des chemins optiques affectés par ces variations, et effectuer un calcul de type itératif. Le capteur interférométrique et le moteur sont reliés à des moyens informatiques extérieurs non représentés pour asservir le noyau en position. Le mode de réalisation de l'actionneur selon l'invention va maintenant être décrit en détail à l'aide des figures. Le moteur de l'actionneur qui est une partie modifiée de l'actionneur Burleigh comporte une partie fixe 5 (le corps du moteur, et un noyau mobile 3 coaxial au corps 5 du moteur. Le noyau mobile 3 est traversé par un conduit axial longitudinal 55 se terminant à ses extrémités par deux chambrages 56, 57. Une pièce terminale 2 est collée à l'intérieur du chambrage droit 56. Elle porte un écrou 1 qui iorsqu'il vient en appu: contre le couvercle 4 du corps 5 de i'actionneur contribue au positionnemen: axial precis du royau 3. Le taraudage d'extrémité 58 de la pièece terminale 2 permet de solidariser le noyau de l'actionneur à l'équipement sur lequel il agit. La pièce 2 constitue la pointe de l'actionneur. Une pièce 7 occupe l'autre chambrage 57 auquel elle est collée. Une tige 6 est logée dans le conduit 55 coaxialement au noyau. Son diamètre est plus faible que le diamètre intérieur du conduit 55. La tige traverse la pièce 7 et s'engage dans la pièce 2. Une vis transversale traversant la pièce d'extrémité 2 permet d'immobiliser la tige 6 par rapport à celle-ci. Un joint torique 21 reliant la tige 6 au noyau 3, monté dans un chambrage de la pièce 7, amortit les vibrations radiales de la tige 6 (qui porte par ailleurs les pièces 11 et 12) tout en assurant un découplage axial suffisant entre tige et noyau. La pièce 7 porte la pièce 8 de contact électrique et de positionnement angulaire du noyau 3, comme on le verra plus loin. La pièce 11 est une pièce d'adaptation servant à solidariser la tige 6 et la pièce 12 comportant un trièdre rétroréflecteur. Ce trièdre rétroréflecteur renvoi le faisceau laser 60 issu du capteur optique interférométrique 16 en direction de ce dernier. Les pièces 6, 11 et 12 peuvent être partiellement ou complètement rassemblées pour former respectivement 2 ou 1 pièce(s) monobloc. L'actionneur comprend des moyens distincts de l'interféromeètre pour détecter que le noyau 3 se trouve à une position longitudinale prédéterminée par rapport aux moyens de déplacement, à savoir le corps 5 du moteur. En référence à la figure 5, ces moyens de détection comprennent ici deux pièces de contact 8c et 32 mobiles parallèlement à l'axe du noyau 3 et solidaires respectivement de la pièce 8 (et donc du noyau 3) et du corps 5. Les moyens de détection comprennent des moyens de rappel des pièces de contact mobiles 8c, B2 vers des positions de référence respectives, ces moyens de rappel étant orientés en sens inverse. Il s'agit ici de ressorts classiques. Les positions de référence sont ici des positions en butée sur des épaulements respectifs de la pièce 8 et du corps 5. Ils comprennent encore deux pièces de contact fixes B4 et 8 (dont le second est constitué par la pièce 8 elle-même) solidaires respectivement du corps 5 et du noyau 3. Les moyens de détection sont agencés pour que les deux pièces de contact mobiles 8c, B2 soient en contact avec les pièces de contact fixes respectives B4 et 8 seulement lorsque le noyau 3 se trouve par rapport au corps 5 à une position longitudinale correspondant à la position prédéterminée ou en deça de celle-ci dans la direction de rentrée du noyau 3 dans le corps 5 de l'actionneur (vers la gauche sur la figure 1). De plus, les moyens de détection sont agencés de sorte qu'un unique courant électrique peut circuler dans les quatres pièces de contact si et seulement si les pièces de contact fixes et mobiles sont en contact. Ce courant circule entre les fils 67, 68 reliés respectivement aux pièces de contact B4 et B2 et à des moyens d'alimentation non représentés. A cette fin, les pièces B4, B2, 8c, 8b, 8a et 8 sont réalisés en métal conducteur d'électricité, tandis que la pièce 5 d'origine BURLEIGH est en cet endroit un isolant électrique. Les pièces de contact B2 et B4 sont également des pièces d'origine du moteur Burleigh. Ces moyens de détection permettent à 1'actionneur de retrouver la position de référence de rentrée maximale du noyau dans le corps, la mesure fournie par l'interférometre étant seulement relative. il L'utilisation de 1'actionneur pour placer le noyau à la position de référence comprend les étapes consistant à: - calculer grâce à l'interféromètre et à des moyens informatiques la valeur moyenne des sommes d'un nombre donné d'incréments; - déplacer le noyau à une première vitesse jusqu'à détection que le noyau se trouve proche de ladite position de référence; - déplacer le noyau à une deuxième vitesse inférieure à la première vitesse et mesurer chaque somme du nombre donné des derniers incréments de déplacement du noyau; et - lorsque ladite mesure atteint une fraction prédéterminée de ladite valeur moyenne, interrompre le déplacement. Plus précisément, lorsque l'actionneur reçoit l'ordre de retrouver la position de référence du noyau, l'actionneur assisté des moyens informatiques précités effectue les étapes suivantes: - Le noyau recule rapidement en direction de l'interféromètre. La pièce 8 pousse la pièce de contact B2 jusqu'à ce qu'elle touche la pièce de contact fixe B4 au niveau de la pastille 8c: l'établissement du circuit électrique provoque alors le ralentissement du noyau (par exemple: 5nm/s) et l'activation d'une temporisation faisant office de sécurité et agencée pour interrompre le déplacement du noyau après une durée prédéterminée (par exemple quelques secondes). A cet instant précis, les pièces 1 et 4 sont agencées pour être très proches, sans se toucher. - Le système se configure de telle sorte que chaque paquet d'incréments de déplacement du noyau 3 puisse être mesuré par l'interféromètre et traité par le microprocesseur d'asservissement. 1 2 - La pièce de contact B2 continue à s'enfoncer, la pièce de contact 8c s'efface. - L'écrou 1 vient en contact avec la pièce 4. Lorsque l'incrément de déplacement du noyau représente une valeur prédéterminée, par exemple 50 % de la valeur nominale, la commande arrête le système. - La temporisation, activée en 3, interdit quelques secondes plus tard, la génération d'impulsions de commande au moteur (fonction de sécurité). - Le compteur de l'interféromètre est mis à zéro. Cette manière de procéder permet d'effectuer la mise en butée mécanique sous charge contrôlée. Cela a pour avantage d'éliminer les erreurs de positionnement provoquées par l'élasticité des pièces intervenant dans le positionnement. Une autre solution consiste à: - Le système reçoit l'ordre de se placer en position de référence; - Le noyau 3 recule rapidement; - La pièce 8 pousse la pièce de contact B2 jusqu'à ce qu'alle touche la pièce de contact fixe B4: l'établissement du circuit électrique provoque alors le ralentissement du noyau (par exemple: 5nm/s) et l'activation d'une temporisation faisant office de sécurité. - A cet instant précis, les pièces 1 et 4 sont très proches, sans se toucher. - Le microprocesseur maintient la consigne de déplacement du noyau, soit pendant une durée prédéterminée (laquelle dépend, notamment, de la fréquence des impulsions de commande délivrées au moteur), soit jusqu'à ce qu'un nombre d'impulsions prédéterminé aient été envoyées au moteur. - La pièce de contact B2 continue à s'enfoncer, la pièce de contact 8C s'efface. - L'écrou 1 vient en contact avec la pièce 4. - l'incrément de déplacement du noyau décroît progressivement jusqu'à zéro, ce qui correspond au blocage. - Le microprocesseur coupe la génération des impulsions de déplacement, de préférence lorsque la tension électrique appliquée au moteur piézoélectrique correspond à une valeur prédéterminée et lorsque l'état de serrage des céramiques piézoélectriques correspond à ce qui a été défini dans le logiciel d'asservissement. Dans le moteur BURLEIGH, la carcasse extérieure du corps du moteur est en alliage d'aluminium. Son remplacement par de l'invar supérieur permet d'obtenir une position de référence extrêmement précise. L'opération ne présente pas de difficultés particulières. En référence à la figure 4, la pièce 8 comporte également une tige 9 sur laquelle s'engage le sabot 10. Ce sabot coulisse dans une rainure du corps 5 du moteur Burleigh afin d'interdire la rotation du noyau. Ce montage permet d'augmenter la précision du positionnement angulaire du noyau 3. Le corps de l'actionneur selon l'invention se compose du corps 5 du moteur Burleigh, du couvercle 4 (du coté de la pointe de l'actionneur), du tube entretoise _3, du crps porte interféromètre 14, du tube 15 et de la plice 17, tous ces éléments étant coaxiaux et fixes à la suite les uns des autres. Le tube entretoise 13 comporte un dégagement ncn représenté pour le câble d'alimentation électrique du moteur piézoélectrique. Le vissage du corps porte interféromètre 14 assure l'étanchéité du système. Le corps porte interféromètre 14 comporte deux chambrages 61, 62 laissant subsister une partie de diamètre plus petit, à laquelle on colle le capteur interférométriaue 16 coaxialement au moteur. Cette pièce 14 est conçue de telle sorte que cette partie soit positionnée symétriquement par rapport au plan neutre de l'interféromètre 16, plan repéré par son constructeur. la largeur de la portée de collage a été déterminée pour assurer simultanément une fixation solide du capteur 16 tout en évitant les problèmes causés par des coefficients de dilatation très différents. Le tube 15, vissé au corps porte interféromètre 14, protège ce dernier et reçoit la pièce 17. Cette pièce 17 comporte un taraudage 50 permettant d'accrocher l'actionneur sur son axe de symétrie. Le tube 15 comporte un système non représenté de fixation du câble électrique de l'interféromètre. L'interféromètre est donc situé entièrement à l'intérieur du corps de l'actionneur. La surface de l'interféromètre est espacée de la surface intérieure du corps de l'actionneur. Enfin, la pièce 15 comporte en regard de l'interféromètre deux orifices 63, 64 longitudinalement opposés. Ces orifices permettent d'effectuer un balayage par un fluide de refroidissement, par exemple de l'air comprimé ou un liquide, du volume situé entre le capteur 16 et le tube 15, ce qui limite l'échauffement de l'actionneur en cet endroit (échauffement provoqué par le fonctionnement de l'interféromètre), et permet de le refroidir sinon la convection de l'air se réchauffant à son contact peut gêner certaines expériences. Le nombre, au moins deux, et la position des ori-ices pourraient être différents de ceux indiqués. 2723196 De cette facon, on améliore aussi la stabilité de la longueur d'onde de la lumière émise par la diode laser de l'interféromètre, ce qui préserve la précision de l'actionneur. L'interféromètre 16 est coaxial au moteur piézoélectrique 3, 5. Aussi, la portion du faisceau 60 de l'interféromètre située au voisinage du noyau 3 est- elle parallèle à la direction de déplacement du noyau 3 et l'interféromètre 16 est agencé de sorte que le faisceau 60 est sensiblement coaxial au noyau 3. De plus, la source 65 de l'interféromètre 16 est placée en regard de la partie du noyau 3 agencée pour recevoir le faisceau 60, à savoir le réflecteur 12. Les axes de symétrie de l'interféromètre 16 et du moteur (3 + 5) sont confondus par construction. Les points d'accrochage de l'actionneur sont les taraudages des pièces 2 et 17. L'information de position de l'extrémité mobile de l'actionneur est prise au niveau même de cette extrémité car le réflecteur (monté dans la pièce 12 et renvoyant le faisceau émis par l'interféromètre) lui est rendu solidaire à l'aide de la tige 6 traversant le noyau 3 du moteur BURLEIGH. L'utilisation d'un trièdre travaillant en réflection totale, présente les avantages suivants: - architecture extrêmement simple de l'actionneur; réalisation routinière des pièces; - absence de réglage du système optique; - pas d'erreur de mesure; - doublement de la résolution (5nm au lieu de ); - complète insensibilité aux vibrations de la tige 6. 16 2723196 Ce mode de réalisation de l'actionneur permet de réduire considérablement l'influence des variations de température du système, sous réserve de choisir des matériaux possédant un faible coefficient de dilatation thermique. Dans cette réalisation, on a retenu l'invar supérieur pour les pièces suivantes: pièce d'extrémité 17; tube 15; corps porte- interféromètre 14; tube 13; pièce porte-optique 12; pièce d'adaptation 11; tige 6; pièce d'extrémité 2; écrou 1 (la ige 6 pourrait, par exemple, être réalisée en "zérodur" ou en céramique spéciale car ce sont des matériaux qui possèdent des coefficients de dilatation thermique voisins de zéro). L'interféromètre 16 et les moyens de déplacement du noyau 3 sont reliés à des moyens informatiques classiques permettant de constituer un asservissement du noyau 3 en position. En référence à la figure 2, on a également placé à l'intérieur de l'actionneur, à proximité du faisceau de l'interféromètre et au contact de l'air qu'il traverse une sonde de temperature 19 qui permet après traitement informatique de compenser les variations de trajet optique intempestives engendrées par les variations de la température de l'air en cet endroit. Dans ces conditions, la grandeur électrique représentative de la distance séparant les pièces d'extrémité 2 et 17 est quasiment indépendante de la o30 température des différentes pièces, notamment celles qui constituent le moteur piézoélectrique. Il s'en suit que dans ces conditions l'échauffement des pièces constituant le moteur piézoélectrique corps 5, noyau 3), échauffement i névitable engendre par le fonctionnement du moteur, peut être parfaitement compensé par l'asservissement et qu'en définitive la variation de distance séparant les pièces d'accrochage 2 et 17 est très peu dépendante des variations de température du système (environ 60 nm/ K). Cette variation peut d'ailleurs être réduite d'un facteur au moins égal à 10 si l'on tient compte de la température de la tige, du corps porte interféromètre 14 et du tube 15, ce qui est très facile car il suffit d'équiper ces pièces de sondes de température et d'envoyer le signal électrique qu'elles délivrent dans les moyens informatiques d'asservissement. Les variations de charge axiale engendrent la déformation élastique de la quasi-totalité des composants de l'actionneur. Les déformations des pièces 3, 5 et 13 et environ 50 % de celles des pièces 2 et 14 sont corrigées par l'asservissement, car elles sont vues par le capteur interférométrique. Par contre, les 50 % restants des pièces 2 et 14 et les déformations des pièces 15 et 17 engendrent une erreur de positionnement. Cet nconvenientpeut complètement disparaître si l'on connaît la charge axiale de l'actionneur car on peut alors, après avoir une fois pour toute étalonné le système ou calculé sa raideur, corriger automatiquement (y compris par voie informatique), la valeur de la consigne de l'actionneur pour obtenir le positionnement souhaité. Or, la connaissance de cette force est possible sans équipement matériel complémentaire puisque le comportement de 'Aactionneur dépend à chaque opération de serrage-desserrage des éléments piezoéleccriques 1 ec 3 cette opération est appellée CLIC) du moteur avec une loi connue, de la charge qui lui est appliquée et que cette mesure peut être assurée par l'interféromètre intégré à l'actionneur. Les critères retenus pour effectuer le calcul de cette force peuvent être l'amplitude de l'inversion du déplacement, le nombre d'impulsions nécessaires à la poursuite du déplacement, etc... On peut exploiter les CLICS correspondant au fonctionnement normal de l'actionneur ou un CLIC spécialement provoqué. L'asservissement peut être ou devoir être désactivé, en fonction des conditions d'utilisation. On peut améliorer la précision de mesure de la force axiale en provoquant plusieurs CLICS consécutifs (dans ce cas on actionne alternativement chacune des céramiques de serrage) La connaissance de la charge axiale de l'actionneur présente un autre avantage très important car le logiciel d'asservissement peut être élaboré de telle sorte qu'il y a adaptation automatique des paramètres d'asservissement: le nombre d'impulsions de commande "perdues" lors de chaque CLIC dépend de cette charge axiale. Le microprocesseur d'asservissement peut, notamment, générer une salve d'impulsions de commande dont le nombre et la cadence permettent simultanément de réduire ou d'empêcher le recul ou l'avance inopportun du noyau 3 et la variation de la vitesse de déplacement dudit noyau. Ce procédé permet d'obtenir un déplacement du noyau très régulier. L'exploitation judicieuse du comportement du noyau lors d'un CLIC peut également permettre d'apprécier ou de mesurer l'inertie mécanique des composants sur lesquels agi: l'actionneur (durée de stabilisation du noyau apres le CLIC, loi de déplacement du noyau, réaction de l'asservissement...) D'o la possibilité, ici encore, d'une adaptation automatique des paramètres d'asservissement. Le même processus de correction peut être appliqué à tout composant à réponse élastique couplé extérieurement à l'actionneur, en particulier aux pièces d'interfaçage mécanique. Les corrections précitées n'exigent que des moyens informatiques. La mesure de la charge axiale de l'actionneur ne peut être effectuée qu'à l'occasion d'un CLIC. Or, il est possible de provoquer cette fonction pour n'importe quelle position du noyau de l'actionneur. Il s'en suit que la force axiale appliquée à l'actionneur peut être connue à tout moment et pour une position quelconque de son noyau et qu'il est ainsi possible de corriger le comportement élastique de l'ensemble des éléments soumis à la dite force, y compris si cette dernière est extrêmement variable. Comme le CLIC peut être provoqué pour n'importe quelle position du noyau, le point d'asservissement, pour un positionnement demandé quelconque du novau, peut être positionné de telle sorte qu'il soit situé dans une zone de meilleur comportement de l'asservissement. Il suffit, pour cela, de tenir compte, à un moment donné du déplacement du noyau, des paramètres suivants: - niveau de la tension appliquée à la céramique piézoélectrique de déplacement du noyau, - valeur de l'incrément moyen de déplacement du noyau, - déplacement que doit effectuer le noyau pour rejoindre la position voulue, - éventuellement, de la charge axiale. Le niveau de tension peut être mesuré (par un nodule à sortie numérique, par exemple) ou déterminé à *5 partir des infc--rations (numériques, par exemple) 2723196 2 0 disponibles dans l'alimentation ou dans le microprocesseur d'asservissement. L'incrément de déplacement du noyau est mesuré par l'interféromètre incorporé à l'actionneur. Sa valeur moyenne est calculée par le microprocesseur d'asservissement. Cette détermination peut être effectuée lors de l'initialisation du système, ou à tout moment du cycle, à l'exclusion des zones de CLIC. Les indications fournies par le même interféromètre sont traitées par le microprocesseur d'asservissement pour déterminer le déplacement du noyau restant à effectuer, pour rejoindre la position visée. L'asservissement du noyau au voisinage d'une position donnée comprend les étapes consistant à: - calculer grâce à l'interféromètre et à des moyens informatiques la valeur moyenne des pas, le pas correspondant au déplacement du noyau produit par l'élongation maximale de la céramique qui provoque le déplacement longitudinal du noyau; - déplacer le noyau jusqu'à atteindre une position éloignée de ladite position donnée d'une distance sensiblement égale à la mcitié de ladite valeur moyenne; et - déplacer le noyau d'une distance sensiblement égale à la moitié de ladite valeur moyenne en direction de la position donnée. Dans ces conditions, l'asservissement pourrait, par exemple, se comporter de la manière suivante: 1. On donne une nouvelle consigne de position. _. L'asservissement réagit: le noyau se déplace. 3. Lorsque l'écart de position correspond préférentiellement au déplacement résiduel du noyau 21 2723196 2 1 d'environ 50 % de celui qui a été préalablement déterminé entre 2 CLICS, le microprocesseur donne l'ordre d'exécuter un CLIC ("CLIC forcé") de sorte que la céramique qui 'rovoque le déplacement longitudinal du noyau se trouve sensiblement à l'élongation minimale. 4. Le déplacement du noyau se poursuit jusqu'au point d'asservissement, lequel est donc situé à peu près à mi-course entre 2 "CLICS normaux". A ce moment, la tension électrique appliquée à la céramique piézoélectrique de translation représente environ 50 % de la tension maximale. Dans ces conditions, la variation du point de consigne n'engendrera un nouveau "CLIC forcé" ou 1 ou plusieurs "CLICS normaux" que si respectivement la position du point de fonctionnement de l'asservissement se rapproche trop ou dépasse les zones de CLIC correspondant au fonctionnement normal de l'alimentation de l'actionneur. L'exploitation convenable de l'information délivrée par le capteur interférométrique intégré à l'actionneur permet de qualifier la qualité du réglage optique et électrique de ce capteur. Le principe consiste à mesurer les ondulations ou autres défauts du signal de sortie du capteur, pendant un déplacement en boucle ouverte du noyau, effectué en dehors des zones de CLIC. La qualité du réglage pourrait être appréciée en mesurant les variations de sa dérivée. Le réglage parfait de l'interféromètre est une opération assez délicate. i1 est préférable, à partir d'une qualité de réglage minimale de l'interféromètre, de procéder à une correction informatique de son signal de sortie. Les princl=aux avantages de l'actionneur de _5 l'invention sont les suivants: 22 2723196 - vitesse maximale de déplacement: environ 2,5 mm/s. - course de 14 mm, pouvant être portée sans difficultés particulières à 50 mm. - résolution du capteur de déplacement linéaire: 5 nm. - incrément de déplacement: 5 nm (nominal). - précision intrinsèque absolue: 20 nm, s'il y a compensation des dérives thermiques. Elle peut être améliorée jusqu'à 5 nm. - précision du déplacement ô: 10-6 de 6 +/- 5 nm, s'il y a compensation des dérives thermiques et pour un effort axial constant. - très grande raideur axiale: 8 nm/N pouvant devenir quasiment infinie. - conception spéciale conduisant à une réduction très importante des effets des variations de température de l'air environnant ou (et) engendrées au coeur même du dispositif, par le fonctionnement de ce dernier. - compensation des effets des variations de la température de l'air traversé par le faisceau de lumière de l'interféromètre intégré. - compensation des variations de la température des pièces les plus concernées influant sur le positionnement. - retour à l'origine à + 100 nm. - mesurage de la charge axiale appliquée à l'actionneur. - correction de l'erreur de positionnement engendrée par la variation de cette charge axiale. - mesurage de l'inertie mécanique des composants sur lesquels agit l'actionneur. 23 2723196 - optimisation automatique des paramètres d'asservissement, permise par le mesurage de l'inertie précisé ci-avant. En ce qui concerne les résultats: - insensibilité quasi- totale aux perturbations thermiques; - actionneur pouvant présenter simultanément une très grande course (jusqu'à 200 mm ou plus), une très haute résolution (5nm), une très haute précision (10-6 du déplacement + 5 nm); sous-ensembles (moteur, capteur interférométrique) se prêtant directement à un asservissement numérique; - position de référence de haute précision; - possibilité de compenser automatiquement le comportement élastique des pièces soumises à la même force axiale que l'actionneur, sans matériel ou accessoire supplémentaire, même si cette force varie brutalement entre zéro et la force maximale applicable à l'actionneur; - possibilité de mesurer directement l'inertie mécanique des composants sur lesquels agit l'actionneur, ce qui permet l'optimisation automatique des paramètres d'asservissement. En ce qui concerne la fabrication et le montage: - précision requise dans la fabrication des pièces: normale; - difficultés d'usinage: néant; - coût de -a matière: négligeable; - difficultés de montage: aucune, sous réserve de se doter des moyens et du personnel appropriés; - fabrication en série aisée. 24 2723196 En ce qui concerne la fiabilité du système: - aucun déréglage possible; structure très solide; - raccordement électrique robuste. Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications et améliorations sans sortir du cadre de celle-ci. Par exemple, le retroréflecteur pourrait être fixé sur le noyau directement. 2723196 REVENDICATIONS 1. Acticnneur micrométrique comprenant un corps, un noyau (3) mobile longitudinalement par rapport au corps, des moyens (5) pour déplacer le noyau (3) de quelques nanomètres et plus, et des moyens pour mesurer le déplacement du noyau (3), caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure comprennent un interféromètre optique (16). 2. Actionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'interféromètre (16) est agencé de sorte que le faisceau (60) est sensiblement coaxial au noyau (3). 3. Actionneur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une tige (6) s'étendant coaxialement à travers le noyau (3) et fixée à celui-ci, une première extrémité de la tige (6) étant fixée à la pointe (2) de l'actionneur et une deuxième extrémité de la tige étant agencée pour recevoir le faisceau (60), la surface de la tige (6) étant espacée de la surface intérieure du noyau (3) au moins sur la portion médiane du noyau (3). 4. Actionneur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un tétraèdre rétroréflecteur (12) solidaire de la partie du noyau (3) ou de la tige 6) agencée pour recevoir le faisceau de l'interféromètre (16). 5. Actionneur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments du corps reliant l'interféromètre (16) et les moyens de déplacement du noyau (3) sont réalisés en invar. 6. Actionneur seion l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tige (6) et/ou le support 26 2723196 du tétraèdre rétroréflecteur (12) sont réalisés en invar. 7. Actionneur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une sonde de température (19) située au voisinage du faisceau (60) et en contact avec l'air traversé par celui-ci. 8. Actionneur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens distincts de l'interféromètre (16) pour détecter que le noyau (3) se trouve à une position longitudinale prédéterminée par rapport aux moyens de déplacement (5). 9. Actionneur selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection comprennent deux pièces de contact (8c, B2) mobiles parallèlement à l'axe du noyau (3) et solidaires respectivement du noyau (3) et du corps, des moyens de rappel des pièces de contact mobiles vers des positions de référence respectives, orientés en sens inverse et deux pièces de contact fixes (8, B4) solidaires respectivement du noyau (3) et du corps, agencés pour que les deux pièces de contact mobiles (8c, B2) soient en contact avec les pièces de contact fixes (8, B4) respectives seulement lorsque le noyau (3) se trouve à une position longitudinale correspondant à la position prédéterminée ou en deça de celle-ci dans la direction de rentrée du noyau (3) dans le corps de l'actionneur. 10. Actionneur selon la revendications 9, caractérisé en ce que les moyens de détection sont agencés de sorte qu'un unique ccurant électrique peut circuler dans les quatres pièces de contact (8c, B2, 8, B4) si et seulement si les pièces de contact fixes et mobiles sont en contact. 11. Actionneur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend un joint 27 2723196 torique (21) reliant la tige (6) au noyau (3) pour amortir les vibrations radiales de la tige. 12. Actionneur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la surface du corps étant espacée de l'interféromètre, le corps présente au moins deux orifices (63,64) pour faire circuler depuis l'extérieur du corps un fluide de refroidissement au contact de l'interféromètre.