Microscope photo-électrique pour la lecture de la graduation d'une règle de précision.
II existe des mieroseopes photo-électriques pour la lecture de la graduation d'une règle de précision.
Ces microscopes comportent un ensemble optique de visée, une cellule photo-électrique, un dispositif de lecture, un repère et un dé- lecteur faisant osciller périodiquement l'axe optique de part et d'autre d'une position médiane fixe, afin de provoquer, à chaque coïnci- dence du repère avec l'image de la graduation, des variations successives de l'éclairage de la cellule photo-électrique qui engendrent des impulsions électriques actionnant le dispositif de lecture qui indique la position relative de la graduation par rapport à la position médiane fixe de l'axe du dispositif optique de visée.
Dans les microscopes photo-électriques connus, le dispositif de lecture est basé sur le principe du stroboscope et comporte une graduation tracée sur un disque rotatif, rendue visible par des éclats instantanés de lumière commandés par les impulsions électriques provenant de la cellule photo-électrique. La gra duation tracée sur le disque rotatif apparaît ainsi comme si elle était immobile dans l'espace et sa position momentanée est observée à l'oeil nu par rapport à un index fixe.
Avee un tel dispositif de lecture, le grossissement est limité, par le rapport de la vitesse périphérique de la graduation rotative, à la vitesse linéaire du déplacement de l'image sur la grille du microscope. La graduation rotative devant tourner en synchronisme avec le mouvement de balayage imprimé à l'image par le déflecteur, le grossissement est done fonction du diamètre de la graduation rotative.
En conséquence, il n'est pas possible de réaliser de très forts grossissements car, d'une part, la graduation rotative devrait présenter un diamètre excessif et, d'autre part, la briè- veté des éclats émis par une lampe à décharge ne serait pas suffisante pour fixer dans l'espaee une graduation tournant à une très grande vitesse périphérique.
La présente invention élimine l'inconvé- nient cité. Elle concerne un microscope photoélectrique qui se caractérise par le fait que ledit dispositif de lecture comporte un instrument de mesure de courant continu, relié à une source de courant continu par l'intermé- diaire d'un commutateur actionné par un dispositif de commande sensible aux impulsions de courant provenant de la cellule photoélectrique et provoquant, à chaque coïncidence de l'image d'un trait de la graduation avec le repère, une inversion du sens de l'écoulement du courant dans l'instrument de mesure, de sorte que, la tension de la source restant de valeur constante, l'équipage mobile de l'ins- trument de mesure prend une position d'équi- libre,
fonction de la différence entre les durées des écoulements, dans un sens et dans l'autre, du courant à travers l'instrument de mesure, durées qui ne sont égales que dans le cas où la graduation de la règle est centrée sur la position médiane fixe de l'axe optique oscillant.
Le dessin annexé montre, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution du microscope photo-électrique selon l'invention.
La fig. 1 donne le schéma électrique général du microscope photo-électrique.
La fig. 2 donne le schéma électrique d'une forme d'exécution du commutateur.
Les fig. 3 et 3b sont des diagrammes montrant graphiquement le processus du fonc- tionnement.
Le microscope photo-électrique suivant la fig. 1 présente un objectif 1 projetant une image d'une graduation 2 sur un écran 4 qui présente un repère constitué par plusieurs fentes rectilignes équidistantes et qui, par conséquent, a la forme d'une grille. Cette image est rendue oscillante par rapport aux fentes de la grille, par l'action d'un déflecteur constitué par une lame de verre 3 solidaire d'une bobine 6 parcourue par un courant alternatif.
Dans une variante d'exécution, l'écran pourrait ne comporter qu'une seule fente rec- tiligne.
La bobine 6, articulée par rapport à un bâti par l'intermédiaire d'organes élastiques, est placée dans le champ magnétique d'un aimant 7, de sorte que le courant la traversant lui imprime un mouvement d'oscillation entretenu à la fréquence du réseau. Les rayons lumineux provenant de l'objectif 1 sont réfractés par la lame 3 dont la position angu- laire est incessamment variable par rapport à l'axe optique du système, de sorte que l'image de la graduation 2 oscille dans le plan de la grille 4 et balaie cette dernière.
La grille 4 est disposée de telle manière que la position de ses fentes corresponde à celle de l'image des traits de la graduation 2, lorsque l'un de ces traits se trouve sur l'axe optique 0 du microscope et que la lame de verre 3 du déflecteur est perpendiculaire à cet axe optique. Dans ces conditions, par suite de l'action du déflecteur, l'image de la graduation 2 balaie symétriquement la grille 4 par rap- port à ses fentes.
Une cellule photo-électrique 5, placée der rière la grille 4, capte les rayons traversant ses fentes. Cette cellule 5 engendre des impul- sions de courant d'allure progressive, lorsque la quantité de lumière captée subit une flue- tuation, c'est-à-dire lorsque, au cours du mouvement de balayage, l'image des traits de la graduation 2 passe sur les fentes de la grille 4. Que les traits de la graduation apparaissent en noir sur fond réfléchissant ou en clair sur fond sombre, le passage de l'image de ces traits sur les fentes produit toujours une flue tuation de la quantité de lumière les traversant et, par conséquent, l'émission, par la cellule photo-électrique 5, d'impulsions éleetriques.
Ces impulsions d'allure progressive, c'est- à-dire dont l'intensité augmente progressivement pour atteindre un maximum, puis diminue progressivement jusqu'à zéro, sont amplifiées par un amplificateur 10 à tubes électroniques de type connu, puis transformées par un relais à action instantanée 11 de type connu en impulsions d'extrêmement brève durée.
Tous les organes et éléments mentionnés ci-dessus étant connus et utilisés dans les microscopes photo-électriques actuellement en usage ne seront pas décrits plus en détail ici.
Le dispositif de lecture comporte au moins un commutateur 12, représenté symboliquement en fig. 1 et commandé par le relais 11, ainsi qu'un instrument de mesure 13, relié à une source de courant continu 18 par l'inter- médiaire de ce commutateur 12. Cet instrument de mesure 13 est du type à courant continu et présente une forte inertie (tel un galvanomètre balistique par exemple).
Dans une variante d'exécution, on pourrait interealer éventuellement, entre le commutateur 12 et l'instrument de mesure 13, un filtre 14 constitué, par exemple, par une ou plusieurs selfs branchées en série avee l'ins- trument de mesure ou par un condensateur branché en parallèle sur celui-ci, ou encore par une combinaison de selfs et de condensateurs. Un tel filtre 14 permet d'amortir les chocs engendrés lors de la commutation et résultant du fonctionnement du commutateur 12.
La fig. 2 montre, à titre d'exemple, une forme d'exécution du commutateur 12. Dans cet exemple, le commutateur est un commuta- teur électronique, mais il est évident que celui-ci pourrait être remplacé par un commutateur électromécanique ou autre type de commutateur permettant d'inverser brusquement le sens du courant parcourant l'instru- ment de mesure et dont le fonctionnement peut être commandé par un dispositif de com- mande sensible aux impulsions électriques émises par la cellule photo-électrique 5.
Le commutateur représenté en fig. 2 eomporte deux thyratrons 16a et 16b dont les grilles ga, gb sont reliées, par l'intermédiaire de résistances 15a et 15b, aux deux extrémités de l'enroulement secondaire 20 d'un transformateur T dont l'enroulement primaire 21 est alimenté par le réseau 8 qui alimente le dé- lecteur. L'enroulement secondaire 20 comporte une prise médiane m reliée au relais 11.
La plaque I) b dii thyratron 16b est reliée à la borne e de l'instrument de mesure 13, tandis que la plaque pa du thyratron 16a est reliée à la borne r de l'instrument de mesure.
Les plaques pb et pa. sont reliées entre elles par un condensateur 17 et connectées au pôle positif d'une source 18 de tension constante par l'intermédiaire de résistances 19b et 19a de même valeur. Le pôle négatif de cette source 18 est relié à la masse ainsi qu'aux cathodes t (t en parallèle, des deux thyratrons.
Le fonctionnement du commutateur décrit en référence à la fig. 2 du dessin annexé est le suivant :
Le transformateur T étant alimenté par le réseau 8 alimentant la bobine 6 du déflecteur, il s'ensuit que ce transformateur fait naître sur les grilles gft et (/7) des tensions alternatives en phase avec le mouvement oscillant pé- riodique du déflecteur. A tout instant, les ten sions appliquées aux grilles ga et tqb sont de signe contraire.
La polarisation incessamment changeante des grilles g et gb étant ainsi liée au sens du mouvement du déflecteur et par conséquent au sens du mouvement de balayage sur la
grille, eeei définit le sens de déplacement de
l'aiguille de l'instrument de mesure par rap
port à celui de a graduation visée par le e
microscope.
A la mise en marche de l'appareillage, les deux thyratrons étant déclenchés, la grille
de l'un est portée à une tension positive, la grille de l'autre à une tension négative. La
première impulsion émise par le relais 11 attaque les deux grilles ga et gb simultanément, mais il est évident que celle de ces grilles qui est déjà portée à une tension positive par le transformateur T atteindra plus rapidement que l'autre la tension d'enclenchement. Dès que le thyratron 16a, par exemple. s'enclenche, il se produit une chute de tension aux bornes de la résistance 19a et le point A se trouve alors être à une tension plus basse que le point B.
Il s'ensuit que le condensateur 17 se charge à travers la résistance 1. 9b.
Le circuit de mesure de l'instrument 13 présentant une résistance très élevée par rapport à celle de la résistance 19 & , le courant de charge du condensateur 17 à travers l'instru- ment 13 est négligeable. La charge du eonden- sateur 17 provoque instantanément, aux bornes de la résistance 19b, une chute de tension d'une valeur suffisante pour abaisser le potentiel de la plaque pb du thyratron 16b à une valeur assez basse pour empêcher son fone- tionnnement.
Dès que le condensateur 17 est chargé, la plaque pb est portée approximativement au potentiel de la source 18 puisque le courant qui s'écoule à travers la résistance 19b et l'ins- trument de mesure est très faible. Toutefois, l'impulsion émise par le relais 11 est d'une durée suffisamment courte pour avoir déjà disparu lorsque la plaque pb atteint la ten sion d'amorcage du thyratron 16b. Ainsi, ee dernier reste déclenché, tandis que le thyratron 16a reste en fonctionnement, de sorte qu'un courant continu de tension constante, fourni par la source 18, eircule'dans le circuit formé par la résistance 19b, l'instrument cle mesure 13, la plaque pa et la eathode ta clu thyratron 16a.
On remarque que, dans ee cas, la borne e de l'instrument 13 est reliée, par la résistance 19b, au pale positif de la source 18.
Lorsque, au cours de la demi-période suivante du courant alternatif du réseau 8, la bobine 6 du déflecteur s'incline en sens inverse et que l'image des traits de la graduation 2 passe de nouveau devant les fentes de la grille 4 et provoque une fluctuation de la quantité de lumière captée par la cellule photo-électrique engendrant une impulsion électrique aetionnant le relais 11, la seconde brève impul- sion électrique est émise par ce dernier à un moment où le commutateur 12 se trouve dans les conditions suivantes :
1 Le thyratron 16a fonctionne encore, de sorte que la tension de sa plaque pa est égale à la tension de la source 18 diminuée de la valeur de la chute de tension qui se produit dans la résistance 19a, puisqu'il y passe encore du courant.
2 La grille ga du thyratron 16a est portée à une tension négative et celle du thyratron 16b à une tension positive.
3"Le condensateur 17 est chargé dans le sens que le point B est à une tension plus élevée que le point 1.
Tout est donc préparé pour que l'éléva- tion du potentiel de la grille gb, due à la seconde impulsion émise par le relais 11, provoque l'amorçage du thyratron 16b. A ce moment, la chute de tension dans la résistance 19b, due au courant la traversant, provoque une baisse brusque du potentiel au point B d'une valeur suffisante pour que ce potentiel devienne égal à eelui qui règne momentanément au point A. Le condensateur 17, qui était chargé dans le sens B positif et A négatif, et qui tend à se décharger à travers les thyratrons 16a et 16b, momentanément en sé- rie, provoque. dans le thyratron 16a une impulsion négative, c'est-à-dire de sens contraire au courant de plaque de ce thyratron.
Or, la tension qui était appliquée à cette dernière n'étant que juste suffisante pour maintenir le thyratron 16s en fonction, celui-ci, sous l'ac- tion de cette impulsion négative, s'éteint.
Dès lors, la résistance 19a n'est plus pareourue par un courant, de sorte que la tension au point A remonte et atteint approximativement la tension de la source 18. Il s'ensuit que le point A est maintenant à un potentiel plus élevé que le point B. En conséquence, le condensateur 17 se recharge dans le sens inverse de celui de la phase précédente. Le thyratron 16b étant en fonction, le courant fourni par la source 18 s'écoule par la résistance 19a, l'instrument 13 et le thyratron 16b.
L'instrument de mesure est donc parcouru par ce courant continu et de tension constante, sa borne r étant reliée maintenant au pôle positif de la source 18. A chaque nou- velle fluctuation de la quantité de lumière captée par la cellule photo-électrique 5, le même, eyele recommence, de sorte que les impulsions émises par le relais 11 mettent en fonction instantanément et alternativement les thyratrons 16a ou 16b, ce qui provoque une inversion brusque du sens d'écoulement du courant à travers l'instrument de mesure.
Dans les fig. 3a et 3", on a porté en ordonnées le chemin parcouru par l'image de la graduation 2, par rapport aux fentes de la grille, au cours du mouvement de balayage.
Le tracé du chemin parcouru doit forcément avoir une allure sinusoïdale puisqu'il résulte d'un mouvement d'oseillation périodique. L'amplitude totale du mouvement de balayage est L. Le temps est porté en abscisses et les ordonnées de la courbe sinusoidale représentent en tout temps la position relative de l'image des traits par rapport aux fentes de la grille.
L'une des fentes se trouvant par définition placée sur l'axe optique 0 de l'objectif 1, e'est donc ce dernier qui, sur le graphique, marque la position de cette fente et c'est aux intersections F de la sinu soïde avec l'axe optique 0 que se produisent les impulsions électrique émises par la cellule photo-électrique qui commandent, par l'inter- médiaire du relais 11, le fonctionnement du commutateur 12 qui provoque l'ouverture et la fermeture des deux circuits précités de ten- sions égales V, mais de polarités inverses et agissant sur l'instrument de mesure 13.
Si l'un des traits de la graduation 2 se trouve sur l'axe optique 0, les intersections F se trouveront, comme indique en fig. 3', placées sur l'axe médian OT de la sinusoïde.
Les temps Ti et T's étant alors égaux entre eux, l'instrument de mesure recevra successivement et alternativement des charges élee triques + Q1 etQ2 qui seront égales entre elles puisque les deux circuits ont des earae téristiques identiques et qu'elles proviennent de tensions égales entre elles par définition.
En conséquence, l'aiguille de l'instrument de mesure, sollicitée en sens contraire par des charges égales, Q1 et Q2, selon fig. 3a, et qui se succèdent à la fréquence du réseau 8, ne peut suivre, grâce à sa. propre inertie, l'action individuelle de ces charges et prend une position d'équilibre située au zéro du eadran de l'instrument de mesure.
En fig. 3", l'axe optique 0 et les fentes de la grille sont nécessairement restés dans les mêmes positions relatives que dans le cas de la fig. 31, mais, par suite d'un déplaeement de a graduation 2 par rapport à l'axe optique du microscope photo-éleetrique, la région eou- verte par le balayage est devenue dissymé- trique par rapport a. J'axe optique et aux fentes. L'axe médian. l/de la zone balayée est déplacé d'une quantité par rapport aux fentes et à l'axe optique 0.
I] en résulte que les impulsions provenant de la cellule photo-électrique 5 et les instants d'ouverture et de fermeture des deux circuits commandés par le commutateur 12 se succè- dent à des intervalles de temps '3 et T4 de valeur inégale. En conséquence, les charges éleetriques Q3 et Q sont de polarités inverses, mais ont une valeur différente l'une de 1'autre. L'aiguille de l'instrument de mesure qui réagit à la différence de sollicitations inégales et opposées, prend une nouvelle position d'équilibre qui reflète, avec le grossissement voulu, la valeur de la charge résultante (3-9-t) qui est fonction des temps T3 et
T4.
Si]'amplitude totale L du balayage est très grande par rapport à l'ordre de grandeur des écarts à mesurer avec l'appareillage, les points d'intersection de la sinusoïde avec l'axe optique 0 seront peu éloignés de l'axe médian 3T de la sinusoide dont la partie utilisée sera alors suffisamment rectiligne pour qu'il y ait une proportionnalité satisfaisante entre la différence des temps T3 et T4 et la distance d entre l'axe médian JI de la zone de balayage et l'axe optique 0, distance qui représente, proportionnellement au grossissement de l'objectif, le déplacement d'un trait de la graduation'par rapport à sa position précédente.
L'instrument de mesure qui indique avee un fort grossissement la position par rapport à la position médiane fixe de l'axe optique de l'objectif des traits de la graduation peut être, par exemple, un galvanomètre, un am- pèremètre ou tout autre instrument de mesure à courant continu analogue.