Dispositif de lecture optique de la position d'un organe mobile
par rapport à un organe fixe
La présente invention a pour objet un dispositif de lecture optique de la position d'un organe mobile par rapport à un organe fixe, ce dernier portant une échelle linéaire comportant des divisions. espacées uniformément, chacune de ces divisions présentant un chiffre de dimension associé.
L'opérateur se servant de dispositifs optiques analogues connus est souvent obligé d'effectuer ses lectures en divers points, en partie sur l'échelle et en partie par le lecteur. I1 peut évidemment en résulter des erreurs d'addition ou de soustraction, qui sont réduites par un instrument à lecture directe. Ces dispositifs comportent aussi normalement des éléments intérieurs mobiles, qui peuvent ne pas satisfaire aux limites de précision nécessaires ou qui deviennent très coûteux lorsqu'ils doivent être fabriqués avec d'étroites tolérances.
L'invention vise à remédier à ces inconvénients et le dispositif qui en fait l'objet est caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe montée pour se déplacer par rapport à l'échelle, comprenant des moyens optiques orientés de manière à former des images des divisions de l'échelle linéaire avec leurs chiffres de dimension associés, un écran présentant des ouvertures pour voir lesdites images des divisions et des chiffres associés à ces divisions, un dispositif pour projeter l'image formée par les moyens optiques sur lesdites ouvertures de sorte que les images des divisions apparaissent dans au moins une de ces ouvertures et les images des chiffres de dimension dans au moins une autre ouverture, un organe circulaire laissant passer la lumière, monté pour tourner audessus de l'écran, un moyen indicateur en forme de spirale porté par l'organe circulaire,
la distance entre les parties de la spirale se chevauchant radialement étant égale à la distance entre deux divisions consécutives de l'échelle linéaire vues dans une des ouvertures de l'écran, l'organe circulaire présentant des traits s'étendant radialement, associés à des chiffres de dimension, et disposés de façon à former une graduation circulaire permettant de lire le déplacement latéral de la partie de la spirale, apparaissant dans s une des ouvertures de l'écran, en observant le déplacement angulaire de l'organe circulaire lorsqu'il tourne pour amener la spirale dans une position relative fixe prédéterminée par rapport aux divisions projetées de l'échelle linéaire vues à travers ladite ouverture.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en perspective d'une frai, seuse sur laquelle le lecteur optique a été monté.
La fig. 2 est une vue en plan à plus grande échelle, avec arrachement, indiquant de quelle manière le lecteur permet de relever directement la dimension sur l'échelle.
La fig. 3 est une vue en bout du lecteur optique, avec coupe partielle des portions adjacentes de la machine-outil.
La fig. 4 est une vue de face du lecteur de la fig. 3, à plus petite échelle.
La fig. 5 est une vue en plan du lecteur de la fig. 3.
La fig. 6 est une vue de face avec arrachements partiels à plus grande échelle, du lecteur dans la même position que sur la fig. 3, mais faisant apparaître plus nettement ses éléments intérieurs.
La fig. 7 est une vue en plan d'une lentille présentant un repère en forme de spirale et ses graduations périphériques.
La fig. 8 est une vue en plan avec arrachements, à plus grande échelle, de la graduation périphérique de la lentille de la fig. 7.
La fig. 9 est une vue en bout de la lentille des fig. 7 et 8.
La fig. 10 est une élévation de face avec coupe partielle de l'enveloppe du lecteur, ainsi que du système optique intérieur suivant la ligne 10-10 de la fig. 4.
La fig. 1 1 est une élévation de face de la moitié inférieure de l'enveloppe du lecteur, sur laquelle le système optique de la fig. 10 est représenté en plan.
La fig. 12 représente, schématiquement, le système optique du lecteur.
La fig. 13 est une coupe, à plus grande échelle, d'une partie du système optique.
La fig. 14 est une coupe partielle, à plus grande échelle, de l'ensemble du condensateur de lumière.
La fig. 15 est une coupe partielle, à plus grande échelle, de l'ensemble d'éclairage.
La fig. 16 est une vue en plan avec arrachement, à plus grande échelle, indiquant de quelle manière les graduations de mesure sont disposées dans l'échelle linéaire.
Comme représenté à la fig. 1, deux lecteurs optiques 10 sont montés sur une fraiseuse 12 de façon à mesurer avec précision l'amplitude du mouvement de son chariot 14. Le lecteur 10 du mouvement longitudinal du chariot fonctionne en combinaison avec l'échelle 15. disposée sur le chariot et le lecteur 10 du mouvement transversal fonctionne en combinaison avec l'échelle transversale 16. En service, l'opérateur mesure avec précision. la position de départ du chariot 14, puis, après avoir noté la première valeur relevée, il amène le chariot dans une seconde position qui peut aussi être relevée avec précision sur le lecteur optique 10.
On peut relever l'amplitude du mouvement du chariot 14 avec une approximation de 0,0025mi.
Etant donné que la lecture est basée sur la position précise d'une échelle, les jeux dans l'ensemble de la vis mère ou dans l'ensemble de la vis d'avancement transversal sont complètement compensés dans la lecture finale. Par exemple, le lecteur peut enregistrer une course atteignant 0,0125 mm du chariot de la machine-outil, lorsque le chariot est bloqué dans sa position sans variation observable de la position de la vis mère.
Avant d'entrer dans les détails de la forme de construction du lecteur et de l'échelle qui l'accompagne, il peut être intéressant d'indiquer d'abord de quelle manière on peut effectuer une lecture sur le cadran. On voit (fig. 2) qu'on relève une valeur de 390,270 nun (15,375 pouces) dans la fenêtre de dimension. Cette valeur est relevée directement sur l'échelle associée de la machine-outil. On fait alors tourner la spirale 21 de la lentille 70 (fig. 7 et 9) en l'amenant en position dans la fenêtre de position 22 jusqu'à ce que le repère de position 24 soit au milieu entre les bords de la spirale 21 (fig. 1). Puis on observe la fenêtre de lecture 25 dans laquelle le repère 26 apparaît en face de la division 0,055 mm (0,0022 pouce).
En ajoutant cette valeur à celle qui apparaît dans la fenêtre 20, on obtient une valeur totale de 390,326 mm (15,3772 pouces). Il est évident qu'on peut régler d'avance la position relative du repère 26 et de l'échelle qui lui correspond à une valeur donnée et amener le chariot de la machineoutil en ce point, ou après avoir bloqué le chariot de la machine-outil dans une position donnée, relever la valeur précise en ce point de la manière décrite ci-dessus.
Le dispositif optique qui partage et fait dévier l'image provenant de l'échelle permet d'obtenir une reproduction de haute fidélité dans le viseur entre des limites étroites de tolérance. Si on se reporte à la fig. 12 qui représente schématiquement le dispositif optique, on voit que l'indication provenant de l'échelle 15 est recueillie par un système optique d'agrandissement 30 de l'image, qui comporte deux groupes optiques 31, 32 et est réfléchie sur un ensemble 34 de réflecteurs. Un réflecteur 35 de cet ensemble 34 reçoit les rayons lumineux transmis par une ampoule d'éclairage 36 par l'intermédiaire d'un condensateur 38 et transmet la lumière par le système 30 sur l'échelle 15, d'où la lumière est réfléchie sur un miroir de déviation 39 dudit ensemble 34.
Puis l'image éclairée est réfléchie par cinq autres miroirs 40, 41, 42, 44, 45, et projetée dans la fenêtre d'observation 20 où elle est observée par l'opérateur de la machine. En pratiquant un trou supplémentaire dans l'enveloppe, ainsi qu'on le verra en détail plus loin, l'ampoule lumineuse 36 peut aussi servir à éclairer la fenêtre 25.
Les quatre miroirs de déviation 40, 41, 42, 44 sont disposés (fig. 12) de façon à réfléchir l'image dans un plan commun. Le cinquième miroir 45 réflé- chit l'image dans une direction perpendiculaire au plan de réflexion des miroirs 40, 41, 42 et 44.
Le dispositif optique de base (fig. 10 et 11) permet de fixer tous les miroirs sur une plaque de montage unique usinée 46, en augmentant ainsi la précision et en rendant l'assemblage plus facile et moins coûteux. On voit (fig. 10) que le système optique 30 est fixé à demeure dans la moitié inférieure 48 de l'enveloppe 50. La moitié supérieure 49 de l'enveloppe sert à loger les éléments d'observation, ainsi qu'on le verra en détail plus loin. L'ensemble 34 des miroirs 35 et 39 est monté sur un étrier de sup port 51 avec le miroir 35 et le miroir 39 fixés sur les extrémités de l'étrier 51. Le miroir de déviation 40 est fixé dans sa position sur la plaque de monr tage 46 par un bloc de support 52. Les trois autres miroirs 41, 42, 44 sont montés sur les bords de la plaque de montage 46.
Le dernier miroir de réflexion incliné 45 est supporté par un bloc 54 également fixé sur la plaque de montage 46 et comportant une face inclinée qui règle l'inclinaison de ce miroir 45. L'ampoule d'éclairage 36 est montée transversalement dans la base de la moitié inférieure 48 de l'enveloppe dans une position dans laquelle elle dirige ses rayons lumineux à travers le condensateur 38 sur le miroir 35 qui réfléchit la lumière sur l'échelle. La douille de montage 55 de l'ampoule 36, décrite en détail plus loin, repose dans une rainure transversale inférieure 56 de l'enveloppe inférieure 48.
L'image réfléchie par le dernier miroir incliné 45 arrive dans la fenêtre d'observation 20 de l'écran 60 et les repères de dimension sont observés à travers la fenêtre de position 22, ainsi qu'il a été dit.
La fenêtre 25 d'observation de l'échelle indiquant le déplacement latéral de la partie de la spirale vue à travers la fente 22 est également disposée dans l'écran 60, et est éclairée par derrière par un trou de passage de la lumière 43 de la plaque de montage 46 du miroir. Le trou 43 dirige la lumière de l'ampoule 36 sur la fenêtre 25. Les fenêtres sont en verre transparent, tandis que le reste de l'écran est rendu opaque par placage au moyen d'un métal ap proprié. L'échelle indiquant ledit déplacement latéral et la spirale sont gravées toutes deux sur la surface inférieure de la lentille 70 qui est meulée pour la rendre translucide, étant entendu que la lentille 70 est montée à rotation, tandis que les autres éléments du dispositif optique sont fixes. Au lieu que la lentille 70 soit meulée et l'écran 60 opaque, la solution inverse peut être adoptée.
De plus l'écran 60 peut former l'élément extérieur et la lentille rotative 70 à spirale l'élément intérieur.
Le mouvement de rotation de la lentille 70 et de la spirale 21 qui l'accompagne est obtenu au moyen d'un couvercle 81 de construction spéciale, également représenté sur la fig. 10. On voit que le couvercle proprement dit 81 comporte une partie postérieure 82 à charnière, qui permet de le faire pivoter sur un axe de charnière 84. L'axe 84 est monté sur un support 85 qui, de son côté, est fixé sur une bague rotative 88 par deux vis 86 dans sa partie inférieure. La bague 88 s'applique contre un manchon cylindrique 89 qui s'étend vers le haut à partir de l'enveloppe supérieure 49. Une bague fendue 90 se loge dans une rainure 91 du manchon de montage, en maintenant ainsi la bague de montage 88 du couvercle dans sa position suivant un tour complet de 3600.
La lentille 70 est également montée pour effectuer une rotation d'un angle de 3600, étant fixée dans un collier 92 qui comporte une portion cylindrique intérieure 94 s'appliquant contre la face intérieure du manchon de montage 89. Le manchon 89 de la lentille 70 est maintenu en place au moyen d'une vis de blocage 94' qui pénètre dans la rainure 95 de retenue du manchon. On voit que la lentille 70 peut ainsi tourner dans un plan parallèle et immédiatement adjacent au plan de l'écran 60, lequel est fixé sur l'enveloppe supérieure 49 à l'endroit de l'épaulement 95 du manchon. Le bord périphérique 96 du manchon 92 du vernier est moleté afin de pouvoir le saisir facilement pour le faire tourner, même si les mains de l'opérateur sont enduites de graisse.
Un miroir 98 est fixé dans la portion inté- rieure du couvercle 81 pour permettre à l'opérateur d'observer les graduations sans regarder directement de haut en bas la lentille du vernier (fig. 6).
Pour que le lecteur 10 fonctionne dans les meilleures conditions, il doit être monté d'une manière rigide sur une portion fixe de la machine (fig. 5).
La portion de base 100 de montage de l'enveloppe inférieure 48 comporte deux pieds 101 en forme de queue d'aronde qui s ? ajustent dans un élément de montage correspondant 102 fixé sur une surface plane 104 de la machine-outil. Un boulon transversal 105 serre les pieds 101 en queue d'aronde pour fixer l'élément de montage en resserrant une fente 106 de la portion de base. Le lecteur 10 est ainsi fixé sous forme rigide sur la machine-outil correspondante. L'échelle 15 (fig. 3) est disposée sur le chariot de la machine-outil et, par suite, est mobile dans le plan du mouvement du système optique 30.
L'échelle (fig. 16) comporte plusieurs divisions de dimension 24 surmontées chacune d'un nombre indiquant leur position relative sur l'échelle. La distance entre les diverses divisions de mesure 24 de la forme de réalisation donnée à titre d'exemple est de 0,625 mm. Quoiqu'on ait représenté des divisions rectilignes, celles-ci peuvent aussi consister en points ou autres marques appropriées.
La lentille avec la spirale 70 est représentée sur les fig. 7, 8 et 9. On voit sur la fig. 7, qui représente la face inférieure 71 de la lentille 70, que la spirale 21 est formée par deux courbes parallèles. Ses dimensions relatives sont choisies de façon que la distance 72 entre ses portions qui se recouvrent soit égale à la distance entre deux des divisions de dimension consécutives 24 de l'échelle de mesure 15, telles qu'elles sont transmises par le dispositif opti- que dans la fenêtre 22 de l'écran 60.
Les divisions de référence 74, représentées à plus grande échelle sur la fig. 8, sont espacées de 0,025 msn et partagées par des traits 75 représenté tant chacun 0,0025 mm. La largeur, la profondeur et la longueur des traits sont déterminées conformé ment aux spécifications des divers constructeurs et usagers.
Les fig. 13 et 14 représentent respectivement le système optique 30 et le condensateur 38. Le sys- tème optique 30 consiste en un groupe 31 formé de deux éléments convexe et plan concave et un groupe 32 de deux éléments convexe et-plan concave. Le condensateur 38 comporte deux lentilles plan-convexes dont les surfaces convexes sont en regard l'une de l'autre.
L'ampoule d'éclairage 36 (fig. 15) se démonte facilement de l'enveloppe inférieure 48 du fait que sa douille 55 se visse par sa partie antérieure 53 dans un trou fileté 47 de l'enveloppe inférieure 48. On peut ainsi retirer et remplacer l'ampoule 36 sans dérégler le lecteur 10, tandis qu'en même temps l'ampoule 36 est protégée contre les accidents et les corps étrangers qui en diminueraient l'efficacité.
I1 est facile de voir (fig. 10) qu'en montant her métiquement la lentille extérieure 70 dans le manchon 92, on rend étanche d'une manière efficace l'ouverture de l'intérieur du lecteur. Si de l'huile ou autres impuretés éclaboussent le lecteur, même lorsque le couvercle 81 est ouvert, on peut le nettoyer en essuyant la face supérieure de la lentille extérieure 70, même sans la démonter. Si d'autres souillures pénètrent dans le dispositif, le joint étanche entre l'écran 60 et la portion supérieure 49 de l'enveloppe 50 empêche que le dispositif optique intérieur ne soit souillé, car les impuretés ne peuvent y pénétrer que par l'ouverture formée en retirant la douille 55 de l'ampoule d'éclairage.
En résumé, on voit que le lecteur optique décrit ci-dessus permet d'effectuer des lectures d'une extrême précision par une double vérification des dimensions en centrant les divisions de mesure dans la fenêtre de position avant usage. La spirale peut être précise pour tous les écrans fabriqués en série. Le dispositif à miroirs intérieurs est claveté sur une plaque de montage unique qui peut être usinée avec une extrême précision, en permettant ainsi de monter les miroirs rapidement sur la plaque de base.
Etant donné que les éléments les plus délicats des tolérances de dimensions sont gravés, le nombre des pièces usinées coûteuses est réduit à un minimum.
L'ensemble du dispositif est construit de façon à le rendre parfaitement étanche et à empêcher les impuretés normales d'un atelier de machines-outils d'y pénétrer.