Dispositif de lecture de haute précision de la graduation d'une règle de précision La présente invention a pour objet un dispositif de lecture de haute précision de la graduation d'une règle de précision, comportant un microscope photo électrique présentant un dispositif optique de visée, un déflecteur faisant osciller périodiquement un axe optique de part et d'autre d'une position médiane fixe, ainsi qu'une cellule photoélectrique captant les rayons réfléchis par la surface de la règle de préci sion.
De tels dispositifs de lecture de précision s,6nt connus et décrits par exemple dans le brevet suisse NI, 280542 et donnent satisfaction pour autant seu lement que l'amplitude de l'oscillation du déflecteur soit suffisante par rapport à d'ordre de grandeur des écarts à mesurer pour que la partie utilisée de la sinusoïde de balayage puisse être assimilée à une droite. En effet, ce n'est que si cette exigence est satisfaite qu'une proportionnalité satisfaisante peut être obtenue.
Par contre, lorsque l'écart à mesurer est relati vement grand par rapport à l'amplitude du balayage, le déplacement de l'organe indicateur n'est plus linéairement proportionnel à l'écart entre l'axe de visée et le trait repère, ce qui présente dans certains cas des inconvénients.
Le dispositif de lecture de haute précision, objet de l'invention tend à obvier à cet inconvénient par le fait qu'il comporte un dispositif analogique tradui sant selon une fonction linéaire l'écart entre l'axe optique du dispositif de visée et un trait de la gra duation.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple, trois formes d'exécution du disposi tif de lecture.
La fig. 1 est un schéma optique et électrique de la première forme d'exécution qui comporte une règle de comparaison. La fig. 2 illustre partiellement en coupe une variante d'exécution de l'indicateur.
La fig. 3 illustre le schéma optique et électrique de la seconde forme d'exécution comprenant un dis positif de centrage de la position médiane de l'image du trait de la règle sur l'axe optique de visée.
La fig. 4 illustre le schéma optique et électrique de la troisième forme d'exécution.
Selon la fig. 1, le dispositif de lecture comprend un dispositif optique de visée qui comprend une source lumineuse 1 et un condenseur 2. Ce dispo sitif émet un faisceau lumineux qui est projeté sur une règle graduée de précision 5 à travers un objec tif 6. Entre ce dernier et la règle de précision 5 est disposé un dispositif de balayage imprimant à l'image réfléchie d'un trait de la graduation un mouvement périodique de va-et-vient.
Ce dispositif de balayage comporte un déflecteur constitué par une lamelle de verre plan-parallèle 7 portée par un cadre 8 muni d'un enroulement 10 et suspendue élastiquement par l'intermédiaire de lames de ressorts 11 entre les épa nouissements polaires 12 (dont un seul est repré senté) d'un aimant permanent 13. L'enroulement 10 est relié par des conducteurs 14, 15 à un réseau de distribution R de courant alternatif.
Devant l'objectif 6 est disposé un prisme 16 qui dévie une partie des rayons réfléchis par la surface 17 de la règle de précision sur un écran 3 muni d'une fente 4 et derrière laquelle est disposée une cellule photoélectrique 18 reliée à un amplificateur électronique 19 qui alimente un appareil électronique 20 transformant les impulsions i émises par la cellule photoélectrique en impulsions ii de très brève durée,
qui sont appliquées à un comparateur électronique C.
L'enroulement 10 étant alimenté en courant alternatif, le déflecteur 7 est entraîné dans un mou vement oscillatoire régulier, de sorte que l'image de la graduation projetée par l'objectif 6 et déviée par le prisme 16 balaie l'écran 3. En conséquence, cha que fois que l'image d'un trait t de la graduation tra verse la fente 4 de l'écran 3 l'intensité du flux lumi neux capté par la cellule 18 subit une variation qui provoque une modification du courant traversant cette cellule et l'émission d'une impulsion i. Après amplification, celle-ci est transformée en une impul sion instantanée il.
Si un trait<I>t</I> de la graduation est situé dans l'axe optique du dispositif de visée et qu'en conséquence son image est située dans le plan médian du mouvement de balayage imprimé au fais ceau de rayons par le déflecteur 7, les impulsions i sont émises à intervalles de temps réguliers. Par con tre, pour toute autre position du trait t de la gradua tion, les impulsions de courant i se succèdent à inter valles de temps irréguliers, la différence des temps entre trois impulsions successives étant fonction de l'écart entre l'image du trait t et le plan médian du mouvement de balayage du faisceau de rayons.
Afin d'éliminer les erreurs de proportionnalité entre cette différence des intervalles de temps et la valeur de cet écart lorsque celui-ci est relativement grand par rapport à l'amplitude du balayage, le dis positif représenté comporte un miroir semi-transpa- rent 21 dont le mouvement oscillatoire est exacte ment synchronisé avec celui du déflecteur 7. A cet effet, ce miroir est porté par un cadre 22 muni d'un enroulement 23 relié par des conducteurs 24 et des conducteurs 15 au réseau R.
Ce cadre est suspendu élastiquement au moyen de lames de ressorts 25 entre les épanouissements polaires d'un aimant per manent, non représenté, en tous points semblable à l'aimant permanent 13.
CE miroir 21 est situé sur l'axe optique d'un dis positif d'éclairage comportant une source lumineuse la, un condenseur 2a et un objectif 26 qui projette l'image d'un trait t1 gravé dans la surface 27 d'un coulisseau 28 engagé dans une glissière 29. L'image du trait t1 projetée par l'objectif 26 est réfléchie par le miroir semi-transparent 21 sur un écran opaque 30 muni d'une fente 31 située en regard d'une cellule photoélectrique 32.
Chaque fois que l'image du trait t1 coïncide avec la fente 31 au cours du mouvement oscillatoire du miroir semi-transparent 21, l'éclaire ment de la cellule photoélectrique 32 subit une variation qui provoque l'émission d'une impulsion s2. La cellule 32 est reliée à un amplificateur électroni que 33 qui alimente un appareil électronique 34 transformant les impulsions n en impulsions de très brève durée n, qui sont appliquées au comparateur électronique C.
Ce comparateur délivre une tension d'erreur e qui, après amplification par un amplificateur électro nique 35, alimente un moteur M relié, d'une part au coulisseau 28 par un écrou 38 entraîné par son arbre 36 et une vis 37 solidaire d'une tige 39 fixée à ce coulisseau, et d'autre part, à un organe indica teur<B>0</B> par une vis sans fin 40 solidaire de l'écrou 38 et une roue hélicoïdale 41 portant ledit organe indi cateur qui se déplace en regard d'une échelle 42.
La valeur de la tension d'erreur e émise par le comparateur C est une fonction de la différence de phase entre les impulsions<I>i,</I> et<I>n,</I> qui lui sont appli quées, cette tension e s'annulant lorsque ces impul sions<I>i,</I> et n, sont en coïncidence de phase. Or, on remarque que l'erreur de proportionnalité, entre les intervalles de temps des impulsions successives i, lorsque l'écart du trait t par rapport à l'axe optique de visée est grand par rapport à l'amplitude du ba layage imprimé par le déflecteur 7, est automatique ment compensée par une erreur de proportionnalité exactement semblable entre les intervalles de temps des impulsions successives ni.
La tension d'erreur e s'annule lorsque le trait t, occupe, par rapport à l'axe optique de l'objectif 26, une position pour laquelle la cellule 32 émet des impulsions dont les différen ces entre les intervalles de temps sont égales aux dif férences de temps des impulsions produites par la cellule 18 et engendrées par le décalage du trait t par rapport à l'axe optique de l'objectif 6. Ainsi l'organe indicateur O, reproduit exactement, mais amplifié et avec une grande précision, l'écart du trait t de la graduation de la règle 5 par rapport à l'axe optique du dispositif de visée. De plus l'écart de cet organe indicateur O par rapport à une position zéro est linéairement proportionnel à cet écart du trait t de la graduation.
Il est aisé de se rendre compte que ce dispositif de lecture présente un premier grossissement corres pondant au rapport des amplitudes des deux mou vements de balayage et qui peut aisément être de l'ordre de grandeur de 10 000 et un second grossis sement correspondant au rapport entre les déplace- ments du coulisseau 28 et les déplacements de l'or gane indicateur O le long de l'échelle 42 et qui peut aisément être de l'ordre de grandeur de 1000, de sorte que l'agrandissement ou amplification totale peut aisément être de l'ordre de 106.
Etant donné cette amplification considérable, il est clair que les petites erreurs de transmission mécanique restent sans influence sur la précision de lecture ; ces erreurs de transmissions peuvent d'ailleurs être réduites à un minimum par un usinage de précision de l'écrou 38, de la vis 37, de la vis sans fin 40 et de la roue héli coïdale 41. En conséquence, le dispositif de lecture analogique décrit traduit linéairement l'écart entre l'axe optique du dispositif de visée et un trait t de la graduation.
Dans la forme d'exécution représentée par la fig. 2, l'organe indicateur est constitué par un comp teur 43 de type connu, dont l'arbre de commande 44 est relié par un train d'engrenages 45, 46, 47 à l'écrou 38 qui lui-même est relié par les roues den tées 48 et 49 à l'arbre 36 du moteur M. Ici encore, les indications du compteur 43 qui sont directement proportionnelles à l'amplitude du déplacement angu laire de l'arbre 44 traduisent linéairement l'écart du trait t de la graduation par rapport à l'axe optique du dispositif de visée.
Dans la forme d'exécution représentée par la fig. 3, le dispositif de lecture comporte un dispositif opti que de visée, semblable à celui de la première forme d'exécution et dont les organes et éléments déjà décrits en référence à la fig. 1 portent les mêmes chiffres de référence.
Un déflecteur 50 entraîné dans un mouvement oscillatoire régulier par un moteur électrodynamique 51 alimenté en courant alternatif imprime un mou vement de balayage régulier à l'image réfléchie par la surface 17 de la règle 5.
Comme dans la première forme d'exécution décrite, une partie des rayons réfléchis par la surface 17 de la règle de précision 5 sont déviés par le prisme 16 sur l'écran 3 dont la fente 4 est située en regard de la cellule photoélectrique 18. Cette cellule émet donc des impulsions i chaque fois que l'image du trait t de cette règle traverse la fente 3. Après ampli fication dans l'amplificateur 19, ces impulsions i sont transformées, par l'appareillage électronique 20, en impulsions il de très brève durée.
Celles-ci sont ap pliquées à un appareillage électronique A de type connu, délivrant une tension d'erreur el proportion nelle aux différences des intervalles de temps entre les impulsions il successives. Ainsi, lorsque le trait t est situé dans l'axe optique du dispositif de visée, les intervalles de temps étant égaux, la tension el est nulle. Si le trait t est déplacé vers la gauche du des sin, la tension el augmente dans le sens positif par exemple. Par contre, si le trait t est déplacé vers la droite du dessin, la tension el augmente dans le sens négatif.
Cette tension continue el est appliquée au rotor 53 d'un moteur électrodynamique 55. Ce rotor 53 disposé entre les faces polaires d'un aimant perma nent pl est fixé sur un arbre 57 dont l'une des extré mités porte un déflecteur auxiliaire 58 disposé entre l'objectif 6 et le déflecteur 50, tandis que son autre extrémité porte un miroir 59. Celui-ci réfléchit sur une échelle 60 un pinceau lumineux émis par un dis positif comportant une source lumineuse 61, un con- denseur 64n, un écran 62, muni d'une fente 63, et un objectif 64.
Lorsque la tension el est nulle, c'est- à-dire lorsque le trait visé est dans l'axe optique, le déflecteur auxiliaire 58 est maintenu par le rotor 53 dans un plan perpendiculaire à l'axe optique du dis positif de visée. En conséquence, le déflecteur auxi liaire 58 ne provoque aucune déviation de l'axe opti que du dispositif de visée, et le miroir 59 réfléchit le faisceau de rayons projeté par l'objectif 64 sur le zéro de l'échelle 60.
Par contre, dès que le trait t présente un écart par rapport à cet axe optique de visée, les intervalles de temps entre les impulsions i successives étant irré guliers, la tension el croît en valeur absolue et dans le sens correspondant à cet écart, de sorte que le déflecteur 58 est déplacé angulairement de manière à rétablir l'égalité des intervalles de temps entre les impulsions i successives. Ce déflecteur prend alors une nouvelle position d'équilibre pour laquelle la ten sion el est nulle.
Il est clair que le déplacement an gulaire du déflecteur auxiliaire 58, nécessaire pour rétablir l'égalité de ces intervalles de temps, est d'au tant plus grand que l'écart du trait t est grand.
Il s'ensuit que le déplacement angulaire du miroir 59, qui est solidaire du déflecteur 58, est rigoureuse ment proportionnel à cet écart et que le trait lumi neux m formé sur l'échelle 60 par le faisceau de rayons projeté par l'objectif 64 occupe à chaque ins tant, par rapport au zéro de cette échelle, une posi tion qui est exactement analogue à la position du trait t de la graduation par rapport à l'axe optique du dispositif de visée. Ici, encore, le dispositif de lec ture analogique traduit donc linéairement l'écart du trait t de la graduation avec un agrandissement prati quement aussi grand qu'on le désire.
Le déflecteur 58 est encore muni d'un dispositif stabilisateur 56 constitué par un cadre 54 muni d'un enroulement et tournant entre les pôles d'un aimant permanent p2. La tension induite dans l'enroulement porté par le cadre 54 lors d'une rotation de l'arbre 57, est appliquée à l'appareillage A. Cette tension qui est proportionnelle à la vitesse angulaire de l'ar bre 57 est combinée par l'appareillage 53 à la ten sion el afin d'obtenir un effet stabilisateur. Ce dispo sitif stabilisateur 56 a donc un effet semblable à celui d'une dynamo tachymétrique.
Dans la forme d'exécution selon la fig. 4, le dis positif de lecture comporte un dispositif de visée semblable à celui décrit en référence à la fig. 1. Tou tefois, le déflecteur 7 est porté par l'arbre 73 d'un moteur électrodynamique 65 alimenté en courant alternatif. Ce déflecteur est donc entraîné dans un mouvement oscillatoire régulier et imprime à l'image réfléchie de la graduation t, un mouvement de ba layage régulier.
Les impulsions de courant i émises par la cellule photoélectrique 18, après amplification dans l'ampli ficateur 19, sont transformées par l'appareillage 20 en impulsions de très brève durée il qui commandent un relais électronique 66 à action instantanée. Ce dernier commande à son tour l'alimentation d'une lampe à éclats 67 de sorte que cette lampe émet un éclat de lumière chaque fois que l'image d'un trait t de la graduation de la règle de précision 5 traverse la fente 4 de l'écran 3.
Un dispositif optique comprenant un condenseur 68, et un écran 69 muni d'une fente 70, forme un pinceau lumineux qui est projeté par un objectif 71 sur un miroir 72 porté par l'arbre 73 du moteur électrodynamique 65.
A l'examen du dessin, on remarque immédiate- ment que, grâce au fait que le miroir 72 est relié rigidement au déflecteur 7, chaque éclat de la lampe 67 est émis à l'instant précis où le trait t traverse la fente 4. Le trait lumineux m occupe à cet instant précis une position exactement analogue à celle du trait t.
Les. erreurs dues à la forme sinusoïdale du mouvement de balayage imprimé à l'image du trait t projetée sur l'écran 4 sont exactement compensées, de sorte que le trait lumineux m formé sur l'échelle 60 par le faisceau de rayons réfléchis par ce miroir 72 occupe, par rapport au zéro de cette échelle, une position linéairement analogue à la position du trait t par rapport à l'axe optique du dispositif de visée.