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Vérificatour optique de planéité et d'alignement.
La Tarification des surfaces planes ou à génératrices rectilignes pose le problème de vérifier qu'un certain nombre de pointe sont ou non dans un même plan, ou sur une même dei- te ou de mesurer leurs écarts par rapport à ce plan ou à cette droite?
L'optique offre une solution du problème qui dé- coule du fait que la lumière se propage en ligne droite.
Tous les appareils optiques donnant directement la mesure des écarta précités se composent dtune lunette fixe à l'aide de laquelle on observe une mire que l'on déplace au contact de la pièce à vérifier.
Ces déplacements faisant varier la distance de la mire la lunette, l'observateur doit, pour chaque position de cette mire, refaire la mise au point de l'image observée dans la lunette. Cette mise au point peut être obtenue par le déplacement d'une pièce optique faisant partie de cette lunette (oculaire, lentille d'objectif, eto.) pu indépendante de celle-ci, par exemple par la translation d'un bain de mercure placé en avant de son objectif de manière à main- tenir constant le ohemin optique entre celui-ci et la mire. les dispositifs existants présentent plusieurs in- convéniente :
dee bain demeroure. le cas du déplacement de l'oculaire et de bain de/meroure, le guidage de la pièce optique mobile permettant la mise au moint doit être exécuté avec une très grande précision;
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la sûreté des mesures n'est pas absolue, car des détériorations peuvent se produire et des jeux peuvent s'introduire par suite de l'usure des pièces à l'insu de l'observateur.
Lorsque la lunette d'observation est à duplication et à renversement d'une des images, le déplacement de l'oculaire pour effectuer la mise au point n'a même théoriquement aucune Influence sur les mesures; mais il n'en subsiste pas moins l'in- convénient grave suivant: du fait que l'observateur touche à la lunette d'observation, celle ci peut se déplacer et par oonsé- quent se dérégler, b) Chaque mesure exige la mise en place de la mire sur la pièce à vérifier, et le déplacement de l'organe de régla- ge de la mise au point des imagea, soit deux opérations. Il n'est donc pas possible de procéder rapidement et d'une manière continue à une série de mesures.
Cet inconvénient est pertiou- lièrement grave lorsqu'on substitue à l'oeil un dispositif pho- tographique pour l'enregistrement des écarts.
On pourrait évidemment imaginer que, par une liaison mécanique appropriés, on fasse commander des dispositifs de mise au point précitée par le déplacement du palpeur, mais comme dans tous les dispositifs existants les déplacements du palpeur et de la pièce effectuant la mise au point ne sont pas de même am- plitude, on aboutirait à des systèmes compliqués et délicate, constituant également des sources possibles de déréglage.
La présente invention a pour but d'éviter ces incon- véniente. Elle est caractérisée en premier lieu par le fait que le palpeur dont est muni le vérificateur, comme tous lès appareils de ce genre, et que l'on déplace au contact ou à distance oonnue de la pièce à vérifier n'est plus, comme dans les appareils existants, un organe portant une simple mire repère, mais une pièce mécanique portant au moins deux pièces optiques, ou une seule pièce optique, mais touchée dans ce' cas, deux fois par la lumière, et ayant ainsi une double action.
L'invention est caractérisée en outre par le fait que le palpeur est placé entre deux systèmes réflecteurs, de telle manière que la lumière parcourt le circuit de longueur constante partant: du palpeur pour y revenir après réflexion sur ces deux systèmes réflecteurs, ce circuit caractéristique étant compris dans le chemin parcouru par la lumière pour la formation de l'i - mage finale de la tire.
Grâce à oette disposition caractéristique de l'inven- tion il est possible dans tous les cas d'obtenir la constance de tamise au point de l'image finale observée. Si en effet la mire est fixe et l'instrument d'observation fixe, on placera l'instrument d observation et la mire de part et d'autre du palpeur; le chemin total parcoure par la lumière de la mire à. cet Instrument sera par conséquent constant. Si la mire est mobile - (portée par le palpeur) -* et l'instrument d'observation fies. on choisira les pièces optiques du palpeur et des réflec- teurs de façon que l'image de la mire formée après parcours du circuit caractéristique soit à l'infini, donc à distance constante de l'instrument d'observation.
Si enfin la mire et l'instrument d'observation sont mobiles (portés tous deux par le palpeur) on choisira les pièces optiques du palpeur et des réflecteurs d'extrémité de façon que l'image formée après par- cours du circuit caractéristique soit à distance constante, finie ou infinie du palpeur.
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Bans tous les cas il faut nfter que la constance de la mise au point est obtenue sans qu'aucune pièce optique soit déplacée, autre que celles fixées sur le palpeur et entraînée a avec lui dana son mouvement. Par conséquent, pour faire une moura, on n'a à déplacer qu'un, seul organe et à n'eièaflX9 qu'une seule opé1'8.ti-O,it.
Pour mesurer les écarts de planéité ou d'alignement, on déplace le palpeur précité sur la pièce à vérifier, et on observe l'image d'une mire réticule portée ou non par le palpeur.
Si l'image dans la lunette d'observation reste fixe, la planéité ou l'alignementmont parfaits; sinon, les déplacements apparents
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transversaux démette image ceat-àrdire perpendiculaires au plan ou à la droite à vérifier, permettent la détermination de ces écarte'.
Le fait que la mire réticule (repère) n'est pas né-
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C8"èairemengrté8'.r le palpeur, comme d ans les dispositifs antérieurement connus, constitue une particularité du nouveau vérificateur.
L'invention est représentée, mais à titre d'exemple seulement, dans le dessin annexé dans lequel:
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Les figures 1 à 4 sont quatre vues sohématique8}l"I; montrant le principe de 1tinvention; Les figures 5 à 13 montrent divers modes de réalisa-
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tion.
La disposition de la figure 1 s'applique au cas où la mire.réticule M est fixe. Le palpeur P est mobile le long de la droite L à vérifier*
Ce palpeur comprend toujours au moins deux pièces
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optiques 01 et 03, lentilles ou systèmes ri:tléchis8&nts,plan, sphériques ou cylindriques, et les systèmes réfléchissants ont
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été représentés par deux rectangles ai et Bgw
Dans le cas de la figure 1. ces deux pièces optiques sont des systèmes réfléchissante représentée schématiquement
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par les deux rectangles superposés 01 et Raz Le rayon lumineux émis par le réticule contenu dans
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le cylindre ii suit d'abord le chemin JI01, tracé en pointillé, puis se réfléchit sur le palpeur et ensuite sur les deux surfaces ou systèmes ri:
tléohissant.a -1 et la et revient au palpeur lui-aême. Le circuit optique, caractéristique de l'invention, 0],.
RI,, A, 0$i est indiqué en traits pleins ',Après réflexion en 0 (trait pointillé) les rayons lumineux tombent sur l'objectif de la lunette, ou plue généralement sur l'instrument d'observation I.
Le schéma de la figure 1 permet de constater que le circuit optique, qui va du palpeur pour revenir au palpeur après
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réflexion sur les deux systèmes réflecteurs fixés aux deux ezta6r. mités de la droite suivant laquelle on effectue la vérification,
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est de longueur oonstanb*+ Le chemin supérieur entre RI et Rg est constant pul8que les systèmes réfléchissants al et Rg sont fixes. La somme des trajets inférieurs 01-RI et Og - Ba ,est évidemment constante i
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Il le palpeur P se déplaoe vers la gauche, le trajet 1-a, est dfiminué d'une certaine quantité, maie le trajet OseRa cet aug- menté de la même quantité.
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La somme des chemine )1)1 et Oaj est constante pour la même raison.
Il suit de tout ce qui précède que, quelle que soit la position du palpeur P sur la pièce à vérifier,l'image de
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la mire*"réticule Il dans le système 9aieur-réfieoteura fixes sera toujours à la même distance de l'instrument d'observa-* *ion I qui est fixe dans le cas de la figure représentée.
L'invention comprend diverses variantes de la réali- sation. @
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Dans le cas de la figure 3, les deux éléments reflêchissante du palpeur sont remplacés par des systèmes Oi-Os traversés par la lumière. Le chemin optique devient dans ces oonditions K, Os, B@, Q%p,1 dont la longueur est toujours cons- tante.
La figure 3 représente une autre disposition dans laquelle la mire réticule est portée par le palpeur. Dans ce cas ce réticule sera considéré oomme étant l'une des pièces op-
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tiques du palpeur. Si la mire il est placée en 01. l'autre élémert situé en 08 wst un élément traversé par la lumiêr*4 L'image de 16àiro sera encore fixe, puisque rejetée l'infini queLle que soit la position du palpeur sur la droite hvériflere Dans le cas de la figure 4, la mire M est confondue
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avec l'élément 02 du palpeur, tandis que l'élément 01 est un élé- ment traversé par la lumière*
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L'instrument 1 d'observation est fixe ais palpeur. un miroir supplémentaire R donne une orientation commode a cet instrument. Celui-oi étant solidaire du palpeur le suit dans ses déplacements;
la mise au point reste constante,, mais cette fois l'image de la mire fournie par le système palpeur et les
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miroirs fixes, n'a pas besoin d'être rejetée l'infini. L'obaea. va%ion peut se faire ainsi en lumière convergentes,
Ce palpeur spécial a, en outre, une autre propriété qui permet lea mesures. Les deux pièces optiques qu'il comprend sont choisies eneffet, de façon que leur petite déplacements
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transversaux, consécutifs à des petite défauts de pané1té ou 'de rectitude des pièces à vérifier, se traduisent par un déplacement d'image et que, au contraire, une modification de leur orientation soit sans effet sur les mesures.
Quelles que soient les dispositions adoptées, les pièces optiques constituant les réflecteurs fixes d'extrémité aont choisies de façon que les deux pièces optiques du palpeur con-
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tribuent chacune dans le même a-sna.aet non en sens contraire, sa déplacement transversal apparent de l'image â mesurer,, Autrement dit, ces déplacements doivent s'ajouter,, mais non se totrancherg ce qu'on peut toujours réaliser.
Comme il a déjà été signalé, si on le désire, on pourra choisir lea pièces optiques du palpeur et des réflecteurs d'ex-
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trémité de façon que l'image de la mire se foZ'M à une distance constante (finie ou infinie) de l'instrument d'observation, dans lequel on observe les écarts à mesurer sous forme d'écart de deux images.
Ceux-ci seront par ailleurs, mesurés à l'aide des
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procédés classiques oonnua(ooulairea micrométriques, déviateurs à lame., à prismes, à lentilles ou encore par déplacements micre-
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métriques des pièces optiques du palpeur par rapport à ce dernier jusqu'au contact des deux images précité. On peut enoome utiliser un micromètre gradué, placé dans le plan de l'image formée dans l'instrument d'observation et lire directement l'écart des deux images.
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On va maintenant déonrej à titre d'exemple seulement divers modes de réalisation du vérificateur objet de l'invention.
.En pratique, on constitue celui-ci au moyen de trois ensembles distincts seulement groupés autour du palpeur et des deux réflecteurs d'extrémité. Suivant le cas, le rétioule- mire et l'instrument d'observation seront eolidairement liés aux réflecteurs d'extrémité décrits ci-dessus ou au palpeur.
La figure 5 représente un -vérificateur permettant la vérification de la planéité.
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La mire M est f1JJ,. et indépendante du palpeur.
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( Les pièces optiques Ot-Oo du palpeur sont constituées par deux dièdres d'a1'4te8 parallèles au plan aurifier. L'une des deux glaces à faces parallèles du dièdre O2 est semi-argen-
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tée. Les réflecteurs d'extrémité sont l'un un dièdre Rle l'auto un miroir plan R2. '
Le dispositif de mesure des écarts est une lame à
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faces jBMalleles inclinable et placée devant l'objectif Ob de l'instrument d'observation I qui, dans oe cas, peut être simplement un viseur. En suivant la formation des images on voit facilement que les écarts perpendiculaires au plan à
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vérifier s'ajoutent et que ceux parallèles à ce plan se retran" chant. Le dispositif ne permet donc que la vérification de la planéité.
La figure 6 montre un vérificateur de planéité et d'a-
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iignembnt dans lequel les des pièces optiques portées par le palpeur 2¯aont deux i1l'ièd:NS trireotà'Dgula1res 01 et 03é La mire-rétioule Il est fixe et liée soldalrément au réflecteur d'entrée RI qui est également un trièdre trirectangle L'autre réflecteur d'extrémité à est un prisme a trois réflexions dont les faces réfléchissantes se coupent suivant des droites parallèles* perpendiculaires à la direction la, suivant laqatle on effectue es vérifications.
1 imago de la mire réticule est observée à l'aide d'un viseur 1 réticulé solidairement lié au réflecteur B2 On
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a indiqué comme organe de mesure une lame 1 â f aoea parallèles orientable autour de deux directions perpendiculaires et'qui permet de mesurer les écarts suivant ces deux 41reot10ns:7.'
On notera la sensibilité du vérificateur grâce à l'amplification des écarts. En effet, un écart .sa décelé par le palpeur donne un déplacement d'image analogue à celui que donnerait un déplacement de la mire réticule égale à 4e.
En suivant la formation des images on voit faoilement qu'il y a addition des écarts transversaux situés dans un plan perpendiculaire à la droite. Ce dispositif permet donc de vérifier des alignements:
La figure 7 représente un vérificateur de planéité et d'alignement dans lequel la mire rétioule est solidaire du palpeur. Les deux pièces optiques de ce dernier comprennent
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la mire réticule 1 et un objeotif 0 aveoootte particularité que le rétioule est tracé sur l'objectif. Les réflecteurs #
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d'extrémité comprennent un prisme triedre R. et un prisme à trois réflexions Bg dont les trois faces r4fléoh1888.D:te8 se coupent suivant des roitaserallèles entre elle$ mais perpenàioulairea à la droite L le long de laquelle s'effectue la vérification.
Ltécartement des deux priamibe R, et Bg cet tel que le circuit de longueur constante parcourt par la lumière pour aller du rétioulpàl du palpeur à son objectif 0* est égale à la distance focale de cet objectifs L'image de la mire est donc toujours à l'infini.
Cette image est observée dans la lunette 1 réticule et pointée sur l'infini. Les rayons lumineux traversent à cet
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effet une 88mi-argenture appliquée sur la face± du réflec- teur R2. La mesure des écarts de planéité et d'alignement est effectuée par exemple à l'aide d'un oculaire micrométrique*
Dans ce dispositif il y a addition des écarts dans toute direction perpendiculaire à L. La mesure des alignements est donc possible.
Pour un vérificateur de planéité soulement cette disposition peut être modifiée comme indiqué sur la figure 8.
La mire M est fixée sur le palpeur, mais n'est plus sur l'objectif 0. Le réflecteur est un dièdre dont les faces réfléchissantes se coupent suivant une parallèle au plan à. vérifier, et le miroir R2 un miroir plan, normal à la droite L suivant laquelle s'effectue la vérification de planéité.
Le circuit optique de longueur constante qui va de
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la mire M au palpeur est égale la distance focale de l' obr jeotif 0. L'image de la mire est encore rejetée à l'infini et observée dans la lunette d'observation 1 toujours réglée sur l'infini.
La mesure des écarts se fait en déplaçant un prisme déviateur D placé entre l'objectif Ob et le plan de l'image donnée par celui-ci. Il n'y a dans ce cas, addition des écarte, que lorsqu'ils sont dirigés verticalement, si Isba se place dans le cas de la figure. Le dispositif ne permet donc que de vérifier des surfaces planes.
Il faut néter cependant, que comme tous les vérifica- teurs de planéité, il pourrait servir de vérificateur d'ali- gnement en exécutant deux séries successives de mesures. On y déterminerait les écarts des points intéressés par rapport à deux plans, rectangulaires par exemple parallèles à la droi- te sur laquelle ils devraient être alignés.
La figure 9 représente un mode de réalisation d'un vérificateur de planéité et d'alignement semblable à celui de la figure 7, mais dans lequel la mire M n'est pas portée par de palpeur P. Les pièces optiques de ce dernier se composent de deux objectifs confondue en seul O. Les réflecteurs d'ex-
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trémité et la lunette d'observation sont iàentiqU8x à ceux de la figure 7. L'écartement des réflecteurs R1 et F2 est tel que le circuit de longueur constante, caractéristique de l'invention, ait une longueur égale au double de la distance focale de l'objectif 0.
Il donne dans ces conditions, d'un objet situé à l'infini, une imége également à l'infini après
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sa deuxième traveradépar la lumière;
Dans le cas présent, la mire 1L est placée au foyer d'un objeotif 0 et à son image rejetée à l'infini. On ajoute
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aux prismes 8y et des surfaces semi-argentées rx, ma per- mettant le passage de la lumière incidente.
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La figure 10 représente une variante de la dispo- sition précédente. la mire M est placée au voisinage du sys- téme réflecteur R1 qui est constitué par un dièdre. Elle n'a plus, comme dans le cas de la figure 9, son image à l'infini.
Dans ces conditions, la lumière se réfléchissant sur les réflecteurs d'extrémité et en traversant deux fois l'objeo- tig 0 du palpeur, donne en M' une image de la mire M à dis- tance finie et constante'*';
L'instrument d'observation peut se réduire à un simple oculaire OC. Il est à noter que, si le réflecteur d'ex- trémité !la est également un dièdre, les déplacements d'images consécutifs aux déplacements de l'objectif 0 s'ajoutent et le dispositif permet la vérification d'alignement.
Si on avait voulu réaliser seulement un vérifica- teur de planéité, on aurait pu supprimer les semi-argentures des dispositifs des figures 9 et 10, en utilisant deux ob- jectifs non confondus et placés côte à cote. Il est évident qu'on peut utiliser à la place des objectifs précités, des miroirs sphériques.
Les systèmes optiques du palpeur peuvent être simple- ment deux mires-réticules M et M . comme représenté figure 11.
Les réflecteurs d'extrémité sont Identiques et comportent un prisme dièdre à miroirs et un objectif. Les deux objectifs sont placée de telle façon qu'ils ont leurs foyers principaux confondus.
Dans ces conditions, l'image de M donnée dans les ré- flectoure d'extrémité se trouve au voisinage de M' et dans son plan.
L'écart de M' et de l'image de M varie comme le dou- ble des écarts à mesurer. L'instrument d'observation peut êtte un simple coulaire Co porté par le palpeur. Pour la commodité de l'observation, la lumière est renvoyée à 90 par réflexion sur,= miroir plan argenté R.
La mesure s'effectuera, par exemple, par simple dé- placement miorométrique de la mire réticule sur son supportèpal- peur
La figure 12 représente un mode de réalisation particulièrement, simple, permettant les vérifications de pla- néité et d'alignement.
Le palpeur comprend un seul micromètre (en réalité, par suite de.la double traversée de la lumière,il joue le rôle de deux micromètres confondue). Les réflecteurs d'ex- trémité sont deux miroirs sphériques R21 et R2 ayant même axe ' et leurs foyers confondue.
Bans ces conditions, le système optique constitué par les réflecteurs d'extrémité donne de la mire M, après que la lumiére a paroouru le circuit de longueur constante, une image -située dans le plan de la mire M, comme dans le cas de la figure 11.
Pour la vérification on observera la mire et son image commodément en renvoyant la lumière à 90 au moyen d'un miroir R semi-argenté, solidaire du palpeur. L'observa-, tion pourra se faire dans les mêmes conditions que dans le cas de la figure 11, à l'aide d'un oculaire Oc également solidaire du palpeur*'
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Outre lea modes de réalisation décrite, on peut en combiner de nombreux autres, toujours basés sur les mêmes prin- oipes.
,. Il est évident qu'on peut utiliser pour les pièces optiques du palpeur des pièces optiques, dioptriques ou cata- dioptriques quelconques pieces c plans, prismes à réflexion totale, miroirs sphériques, cylindriques, lentilles sphériques, sphérooylindriques, réticules, etc.). La seule condition est qu'elles doivent être associées de façon que les petits dé- placements transversaux du palpeur dans le sens des écarts à. mesurer et consécutifs à ses changements de position sur la pièce à vérifier, se traduisent par un déplacement de l'image de la mire, et que, au contraire, les défauts d'orientation soient sans effet sur les mesures. On peut même utiliser,comme on l'a vue le dièdre à 90 .
Ce dernier dispositif est. li est vrai, sensible aux rotations autour d'axes non parallèles à son arête, mais il peut être encore utilisé pour les vérifica- tiona de planéité. Il suffira de l'orienter de façon à ce que son arétséoit parallèle au plan à vérifier.
On peut, d'une manière plus générale, par compen- sation, utiliser des pièces sensibles à la rotation, à condi- tion qu'elles soient encombre pair et que les effets de rotationde ces pièces se neutralisent. est ainsi que l'on pourra utiliser deux miroirs sphériques ou cylindriques*,
Dans les exemples citée, la lumière ne parcourt qu'une fois le circuit caractéristique de longueur constan- te. Il y a lieu d'ajouter que l'invention comprend tout vérificateur optique dans lequel la lumière parcourt une fois ou plusieurs le trajet optique caractéristique de longueur constante. Le palpeur supporte alors plus de deux pièces optiques et est traversé quatre, six fois, ou plus, par la lumière.
Les réflecteurs peuvent, de même que les pièces optiques du palpeur, être constituées de manières diverses (miroirs plans, prismes a réflexion totale, miroirs sphériques, cylindriques, lentilles sphériques, sphércylindriques, etel).
Ces réflecteurs doivent renvoyer la lumière dans la direction du palpeur et en outre comporter un nombre de réflexions qui, au total, permettent l'addition et non l'annu- lation par compensation des petits déplacements d'images de la mire donnée par ohaoune des pièces optiques du palpeur.
Il y a enfin lieu de signaler un avantage du nouveau vérificateur optique qui est en général plus précis que les vérificateurs existants, ce qui tient en particulier à ce que les petite déplacements transversaux de l'image de la mire consécutifs à ceux du papour, sont décèles par au moins deux passages de la lumière à travers les pièces op- tiques qu'il porte, d'où résulte une amplification des écarts, d'autant plue grande que le parcoure de la lumière est plue multiple