WO2002075365A2 - Dispositif de fixation et de reglage d'un organe a supporter - Google Patents

Dispositif de fixation et de reglage d'un organe a supporter Download PDF

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    • G02B7/1822—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors comprising means for aligning the optical axis
    • G02B7/1827—Motorised alignment

Definitions

  • the present invention relates to a device for fixing and adjusting a member to be supported, such as a precision optical element.
  • the latter consist of six spacers of adjustable length connecting the member to be positioned and oriented at the base. These six adjustable lengths provide six degrees of freedom corresponding to three position coordinates and three orientation angles.
  • the essential properties of these devices are the precision of the adjustment that can be obtained, the amplitude of the adjustment range, as well as their stiffness.
  • the present invention aims to provide a fixing and adjustment device with two degrees of freedom which, assembled in groups of three, gives a fixing and adjustment assembly with six degrees of freedom of the above type.
  • the invention aims to provide such a device giving a high adjustment precision.
  • the invention firstly relates to a device for fixing and adjusting a member to be supported, such as a precision optical element, characterized in that it comprises:
  • each of said levers comprising two arms arranged in a triangle and connected together to one of the vertices of the triangle, each of said levers being articulated on said base at its respective vertex, a first of the two arms of each lever being extensible and connected at its free end to means for fixing to said member;
  • each of said levers is articulated on the base around an axis substantially perpendicular to the plane of said lever.
  • each of said levers can be articulated on the base by means of a blade substantially perpendicular to the plane of the respective lever.
  • the two levers are substantially in the same plane.
  • first arm of each lever is articulated on the second arm at the respective apex of the lever.
  • the first arm of each lever is articulated on said fixing means.
  • each of the articulations can comprise at least two blades, one of which is substantially in the plane of the respective lever and the other is substantially perpendicular to this plane.
  • said other blade may be in a plane substantially parallel to the first arm of the respective lever.
  • the hinge blade of the lever on the base may in particular be in a plane substantially parallel to that of the lad ite other blade.
  • said blades can be made in one piece with the respective lever.
  • the joints are therefore free of play.
  • the blades provide opto-mechanical filtering of the adjustment and of the disturbances.
  • said adjustment means are adjustment means without play. More particularly, said adjustment means may comprise a thrust finger actuated by a motor and acting on said second arm of the respective lever against the action of elastic means.
  • said motor can be a piezoelectric actuator.
  • Said motor can be removable.
  • the invention also relates to a set for fixing and adjusting a member to be supported, such as a precision optical element, characterized in that it comprises three devices as described above, of which the respective fixing means are arranged to be fixed to said member at three separate points.
  • the three devices can be arranged around a central axis in rotation symmetry of substantially 120 °.
  • FIG. 1 is an elevational view of a fixing and adjusting device according to the invention
  • FIG. 1 is an enlarged view of the detail I I of Figure 1;
  • FIG. 3 is a view along arrow I I I of Figure 2;
  • Figure 4 is a view similar to Figure 2 illustrating the operation of the device.
  • FIG. 5 is a diagram of a fastening and adjustment assembly according to the invention.
  • the device of Figure 1 first comprises a support base 1 rigidly fixed by any suitable means to a mounting platform 2.
  • the base 1 supports two piezoelectric actuators 3 supplied by electrical conductors 4 and arranged each to move a pushing finger 5. After adjustment, the fingers 5 can be blocked by means not shown and the actuators can optionally be removed. It will be observed that this blocking does not disturb the device.
  • Two substantially symmetrical triangular levers 6 are each mounted at one of the ends of the base 1, substantially in the same plane.
  • Each lever 6 is formed of two arms 7 and 8 of generally square section connected together at one of the vertices 9 of the triangle which they delimit.
  • the end of each arm 8 adjacent to the arm 7 is articulated on the base 1 about an axis substantially perpendicular to the plane of the levers 6.
  • this end of the arm 8 is connected to the base 1 by a blade 1 0 substantially perpendicular to the plane of the levers 6 and substantially parallel to the axis 11 of the arm 7.
  • the curvature of this blade ensures the degree of freedom of rotation of the arm 8 in the plane of the lever 6.
  • a similar arrangement connects the arm 7 to the arm 8.
  • a blade 12 is disposed between these two arms in a plane parallel to the plane of the blade 10 and located at a certain distance from the latter plane.
  • Another similar arrangement is formed at the end of the arm
  • the blade 1 3 therefore gives the arm 7 a degree of freedom of rotation in a plane perpendicular to the plane of the levers 6.
  • each arm 7 opposite the arm 8 is connected to a fixing piece 14 by an arrangement similar to two perpendicular blades.
  • a first blade 1 5 is interposed on the end of the arm 7 in the plane of the levers 6 and a second blade 16 connects this end to the part 14.
  • the blade 1 6 is perpendicular to the plane of the levers 6 and passes through the axis 1 1.
  • the end of each arm 8 opposite the apex 9 of the respective lever 6 is urged by one of the fingers 5 against the action of a spring 1 7.
  • the finger 5 is arranged to push the end of the arm 8 so as to l drive in rotation around the articulation formed by the blade 10. It can be seen in FIG.
  • the adjustment is therefore multiplied in the quantity desired at design.
  • this adjustment does not degrade the element to be adjusted, the blades 10, 12, 13, 15 and 16 ensuring both the kinematics of the device and the mechanical filtering of the forces and movements applied at the level of the fixing part 14 .
  • FIG. 5 shows three devices such as the one just described.
  • the three bases 1, 1 a and 1 b are mounted in the same plane on a platform 17, at 120 ° from each other around an axis 18.
  • Each pair of arms 7, 7a and 7b provides two degrees of freedom, so that the assembly is at six degrees of freedom.
  • the position and orientation of the object 19 are adjusted using the six actuators.
  • the six adjustments are not independent, each adjustment of an arm 7 generally leading to a modification of the length and / or the orientation of the other arms.
  • Those skilled in the art will be able to adopt the most appropriate global adjustment algorithm.
  • the device therefore provides the isostatic, conventional (hexapod configuration) and adjustment functions.
  • the base 1, the levers 6 and the fixing part 16 are here made in one piece.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de fixation et de réglage d'un organe à supporter, caractérisé par le fait qu'il comprend: une base de support (1); deux leviers triangulaires (6), chacun desdits leviers comportant deux bras (7, 8) disposés en triangle et reliés entre eux à un des sommets (9) du triangle, chacun desdits leviers étant articulé sur ladite base au niveau de son sommet respectif, un premier (7) des deux bras de chaque levier étant extensible et relié à son extrémité libre à des moyens de fixation (14) audit organe; et des moyens de réglage (5) montés sur ladite base et agencés pour faire pivoter le deuxième bras (8) de chaque levier dans le plan dudit levier. Application à la fixation et au réglage d'un élément d'optique de précision.

Description

DISPOSITIF DE FIXATION ET DE REGLAGE D'UN ORGAN E A SUPPORTER
La présente invention concerne un dispositif de fixation et de réglage d'un organe à supporter, tel qu'un élément d'optique de précision.
On connaît déjà un certain nombre de dispositifs utilisés pour le positionnement et l'orientation dans l'espace d'organes divers par rapport à une base quelconque. On peut citer à titre d'exemples les dispositifs isostatiques de type tri-bipodes ou les plates-formes de
Stewart.
Ces dernières sont constituées de six entretoises de longueur réglable reliant l'organe à positionner et à orienter à la base. Ces six longueurs réglables fournissent six degrés de liberté correspondant à trois coordonnées de position et à trois angles d'orientation.
Les propriétés essentielles de ces dispositifs sont la précision du réglage susceptible d'être obtenue, l'amplitude du domaine de réglage, ainsi que leur raideur. La présente invention vise à fournir un dispositif de fixation et de réglage à deux degrés de liberté qui, assemblé par groupe de trois, donne un ensemble de fixation et de réglage à six degrés de liberté du type ci-dessus.
Plus particulièrement, l'invention vise à fournir un tel dispositif donnant u ne grande précision de réglage.
A cet effet, l'invention a tout d'abord pour objet un dispositif de fixation et de réglage d'un organe à supporter, tel qu'un élément d'optique de précision , caractérisé par le fait qu'il comprend :
- une base de support ; - deux leviers triangulaires, chacun desdits leviers comportant deux bras disposés en triangle et reliés entre eux à un des sommets du triangle, chacun desdits leviers étant articulé sur ladite base au niveau de son sommet respectif, un premier des deux bras de chaque levier étant extensible et relié à son extrémité libre à des moyens de fixation audit organe ; et
- des moyens de réglage montés sur ladite base et agencés pour faire pivoter le deuxième bras de chaque levier dans le plan dudit levier.
Ce dispositif fournit donc deux degrés de liberté correspondant chacun aux moyens de réglage d'un des leviers. On verra ci-après qu'il permet une grande démultiplication entre les moyens de réglage et la position des moyens de fixation. Dans un mode de réalisation particulier, chacun desdits leviers est articulé sur la base autour d'un axe sensiblement perpendiculaire au plan dudit levier.
Plus particulièrement, chacun desdits leviers peut être articulé sur la base par l'intermédiaire d'une lame sensiblement perpendiculaire au plan du levier respectif.
Egalement dans un mode de réalisation particulier, les deux leviers sont sensiblement dans un même plan.
Egalement dans un mode de réalisation particulier, le premier bras de chaque levier est articulé su r le deuxième bras au niveau du sommet respectif du levier.
Egalement dans un mode de réalisation particulier, le premier bras de chaque levier est articulé sur lesdits moyens de fixation.
Les articulations mentionnées ci-dessus peuvent être des articulations du type rotule. Plus particulièrement, chacune des articulations peut comporter au moins deux lames, dont l'une est sensiblement dans le plan du levier respectif et l'autre est sensiblement perpendiculaire à ce plan.
Encore plus particulièrement, ladite autre lame peut être dans un plan sensiblement parallèle au premier bras du levier respectif. La lame d'articulation du levier sur la base peut en particulier être dans un plan sensiblement parallèle à celui de lad ite autre lame.
On réalise ainsi une double articulation .
D'une manière générale, lesdites lames peuvent être réalisées d'une seule pièce avec le levier respectif. Les articulations sont donc sans jeu. Par ailleurs, les lames assurent le filtrage opto-mécanique du réglage et des pertu rbations.
Dans un mode de réalisation particulier, lesdits moyens de réglage sont des moyens de réglage sans jeu . Plus particulièrement, lesdits moyens de réglage peuvent comprendre un doigt de poussée actionné par un moteur et agissant sur ledit deuxième bras du levier respectif contre l'action de moyens élastiques.
Encore plus particulièrement, ledit moteur peut être un actionneur piézo-électrique.
Ledit moteur peut être amovible.
L'invention a également pour objet un ensemble de fixation et de réglage d'un organe à supporter, tel qu'un élément d'optique de précision , caractérisé par le fait qu'il comprend trois dispositifs tels que décrits ci-dessus, dont les moyens de fixation respectifs sont agencés pour être fixé audit organe en trois points distincts.
Plus particulièrement, les trois dispositifs peuvent être disposés autour d'un axe central en symétrie de rotation de sensiblement 120°.
On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'invention, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en élévation d'un dispositif de fixation et de réglage selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue à plus grande échelle du détail I I de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue selon la flèche I I I de la figure 2 ;
- la figu re 4 est une vue similaire à la figure 2 illustrant le fonctionnement du dispositif ; et
- la figu re 5 est un schéma d'un ensemble de fixation et de réglage selon l'invention.
Le dispositif de la figure 1 comprend en premier lieu une base de support 1 fixée rigidement par tout moyen convenable à une plateforme de montage 2. La base 1 supporte deux actionneurs piézoélectriques 3 alimentés par des conducteu rs électriques 4 et agencés chacun pour déplacer un doigt de poussée 5. Après réglage, les doigts 5 peuvent être bloqués par des moyens non représentés et les actionneurs peuvent éventuellement être retirés. On observera que ce blocage ne dérègle pas le dispositif. Deux leviers triangulaires 6 sensiblement symétriques sont montés chacun à une des extrémités de la base 1 , sensiblement dans le même plan. Chaque levier 6 est formé de deux bras 7 et 8 à section généralement carrée reliés entre eux à un des sommets 9 du triangle qu'ils délimitent. L'extrémité de chaque bras 8 adjacente au bras 7 est articulée sur la base 1 autour d'un axe sensiblement perpendiculaire au plan des leviers 6. A cet effet, cette extrémité du bras 8 est reliée à la base 1 par une lame 1 0 sensiblement perpendiculaire au plan des leviers 6 et sensiblement parallèle à l'axe 1 1 du bras 7. La courbure de cette lame assure le degré de liberté de rotation du bras 8 dans le plan du levier 6.
Un agencement analogue relie le bras 7 au bras 8. Une lame 12 est disposée entre ces deux bras dans un plan parallèle au plan de la lame 10 et situé à une certaine distance de ce dernier plan. Un autre agencement analogue est formé à l'extrémité du bras
7 adjacente au bras 8, mais avec une lame 13 située dans le plan des leviers 6. La lame 1 3 donne donc au bras 7 un degré de liberté de rotation dans un plan perpendiculaire au plan des leviers 6.
L'extrémité de chaque bras 7 opposée au bras 8 est relié à une pièce de fixation 14 par un agencement similaire à deux lames perpendicu laires. Une première lame 1 5 est intercalée sur l'extrémité du bras 7 dans le plan des leviers 6 et une deuxième lame 16 relie cette extrémité à la pièce 14. La lame 1 6 est perpendiculaire au plan des leviers 6 et passe par l'axe 1 1 . L'extrémité de chaque bras 8 opposée au sommet 9 du levier 6 respectif est sollicitée par un des doigts 5 contre l'action d'un ressort 1 7. Le doigt 5 est agencé pour pousser l'extrémité du bras 8 de manière à l'entraîner en rotation autour de l'articulation constituée par la lame 10. On voit à la figure 4 qu'une telle rotation, permise par les deux lames souples 10 et 12 ainsi que par la lame 16 du levier respectif et par les lames homologues de l'autre levier, provoque un allongement de la distance entre la lame 10 et la pièce 14, correspondant au déplacement du doigt 5 démultiplié dans le rapport de la distance d entre les lames à la longueur du bras 8. I l en résulte un déplacement de la pièce 14 dans le plan des leviers 6, l'action combinée de ces leviers fournissant les deux degrés de liberté dans ce plan.
Le réglage est donc démultiplié dans la quantité voulue à la conception . De plus, ce réglage ne dégrade pas l'élément à régler, les lames 10, 12, 13, 15 et 16 assurant à la fois la cinématique du dispositif et le filtrage mécanique des forces et mouvements appliqués au niveau de la pièce de fixation 14.
On voit à la figure 5 trois dispositifs tels que celui qu i vient d'être décrit.
Les trois bases 1 , 1 a et 1 b sont montées dans un même plan sur une plate-forme 17, à 120° les unes des autres autour d'un axe 18. Un objet 1 9 à fixer et dont la position et l'orientation par rapport à la plate-forme doivent être réglées, par exemple un élément d'optique de précision, est monté sur les pièces de fixation 14, 14a et 14b. Chaque couple de bras 7, 7a et 7b procure deux degrés de liberté, de sorte que le montage est à six degrés de liberté.
La position et l'orientation de l'objet 19 sont réglées à l'aide des six actionneu rs 3. Bien entendu, les six réglages ne sont pas indépendants, chaque réglage d'un bras 7 conduisant généralement à une modification de la longueur et/ou de l'orientation des autres bras. L'homme de métier saura adopter l'algorithme de réglage global le plus approprié.
Le dispositif assure donc les fonctions de tenue isostatique, classique (en configuration hexapode) et de réglage.
La base 1 , les leviers 6 et la pièce de fixation 16 sont ici réalisés d'une seule pièce.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif de fixation et de réglage d'un organe à supporter, tel qu'un élément d'optique de précision, caractérisé par le fait qu'il comprend :
- une base de support (1 ) ;
- deux leviers triangulaires (6), chacun desdits leviers comportant deux bras (7, 8) disposés en triangle et reliés entre eux à un des sommets (9) du triangle, chacun desdits leviers étant articulé sur ladite base au niveau de son sommet respectif, un premier (7) des deux bras de chaque levier étant extensible et relié à son extrémité libre à des moyens de fixation ( 14) audit organe ; et - des moyens de réglage (5) montés sur ladite base et agencés pour faire pivoter le deuxième bras (8) de chaque levier dans le plan dudit levier.
2 - Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel chacun desdits leviers est articulé sur la base autour d'un axe sensiblement perpendiculaire au plan dudit levier.
3 - Dispositif selon la revendication 2, dans lequel chacun desdits leviers est articulé sur la base par l'intermédiaire d'une lame (10) sensiblement perpendiculaire au plan du levier respectif.
4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les deux leviers sont sensiblement dans un même plan.
5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le premier bras de chaque levier est articulé sur le deuxième bras au niveau du sommet respectif du levier.
6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le premier bras de chaque levier est articulé sur lesdits moyens de fixation.
7 - Dispositif selon l'une quelconque des revend ications 5 et 6, dans lequel les articulations sont des articulations du type rotule. 8 - Dispositif selon la revendication 7, dans lequel chacune des articulations comporte au moins deux lames (12, 13 ; 16, 15), dont l'une (13, 1 5) est sensiblement dans le plan du levier respectif et l'autre (12, 16) est sensiblement perpendiculaire à ce plan. 9 - Dispositif selon la revendication 8, dans lequel ladite autre lame est dans un plan sensiblement parallèle au premier bras du levier respectif.
10 - Dispositif selon l'ensemble des revendications 3 et 8, dans lequel la lame d'articulation du levier sur la base est dans un plan sensiblement parallèle à celui de ladite autre lame.
1 1 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 8, dans lequel lesdites lames sont réalisées d'une seule pièce avec le levier respectif.
12 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , dans lequel lesdits moyens de réglage sont des moyens de réglage sans jeu .
13 - Dispositif selon la revendication 12, dans lequel lesdits moyens de réglage comprennent un doigt de poussée (5) actionné par un moteur (3) et agissant sur ledit deuxième bras du levier respectif contre l'action de moyens élastiques (17).
14 - Dispositif selon la revendication 13, dans lequel ledit moteur est un actionneur piézo-électrique.
15 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 et 14, dans lequel ledit moteur est amovible. 16 - Ensemble de fixation et de réglage d'un organe à supporter (1 9) tel qu'un élément d'optique de précision , caractérisé par le fait qu'il comprend trois dispositifs selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dont les moyens de fixation respectifs sont agencés pour être fixé audit organe en trois points distincts. 17 - Ensemble selon la revendication 16, dans lequel les trois dispositifs sont disposés autour d'un axe central (18) en symétrie de rotation de sensiblement 120°.
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