Appareil optique de contrôle et de mesure.
L'invention a pour objet un appareil opti- que de contrôle et de mesure comprenant un dispositif optique pour la production de fran gea d'interférence. On sait qu'on peut obtenir un ensemble de franges d'interférence répar- ties dans l'espace au moyen d'une paire d'étroites fentes parallèles illuminées à partir d'une étroite fente disposée derrière lesdites fentes parallèles et symétriquement par rapport à celles-ci, de sorte que des rayons lumi- neux soient en phase les uns avec les autres en des points correspondants des deux fentes et interfèrent les uns avee les autres de manièce que, lorsqu'on les observe à partir d'un point quelconque se trouvant en avant des fentes et dans un plan de symétrie de cellesci,
on voit un ensemble de franges d'interfé- renee rectilignes et parallèles. Ce dispositif connu présente cependant l'inconvénient d'être très long, ce qui le rend difficilement utilisa hle dans de nombreuses applications prati- ques, et on a proposé de le raccourcir en disposant une lentille entre la fente illuminée et la paire de fentes parallèles.
La. présente invention a pour objet un appareil comprenant un dispositif pour la prodiction cl'un ensemble de franges réparties s dans l'espace, ce dispositif présentant une lon rigueur qui, même sans l'emploi de cette lentille supplémentaire, est plus faible et plus adéquate pour l'utilisation pratique du dispositif que celle des dispositifs connus, et ce dispositif étant susceptible d'une plus grande variété d'application que les dispositifs connus, grâce au fait qu'il fournit des franges circulaires concentriques au lieu de franges parallèles rectilignes.
L'appareil, objet de l'invention, est carac térisé en ee que ledit dispositif comprend un organe optique présentant une surface de forme générale conique disposé de manière à produire une image virtuelle annulaire d'une ouverture ponctuelle illuminée, lesrayonsémergents interférant les uns avee les autres, de sorte que, observée depuis un point quelcon- que de l'axe dudit cône, cette image présente un ensemble de franges d'interférence circulaires et concentriques.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution et variantes de li'appareil optique objet de l'invention.
La fig. 1 représente schématiquement, en coupe axiale, le dispositif producteur de franges d'une première forme d'exécution.
La fig. 2 représente semblablement le dispositif producteur de franges d'une seconde forme d'exécution.
Les fig. 3 à 5 représentent des variantes de parties des dispositifs représentés aux fig. 1 et. 2.
La fig. 6 représente, schématiquement et en coupe axiale, un ensemble optique d'obser- va. tion pouvant être combiné avec un dispositif analogue à ceux représentés aux fig. 1 à 5 pour former la troisième forme d'exécution.
La fig. 7 est une vue en bout d'un réticule que comprend l'ensemble optique d'observation représenté à la fig. 6.
Les fig. 8 et 9 représentent deux ensembles optiques d'observation pouvant être combinés avec un dispositif analogue à ceux représentés aux fig. 1 à 5 pour former les quatrième et cinquième formes d'exécution.
La fig. 10 représente un ensemble optique d'observation pouvant être combiné avec un dispositif analogue à ceux représentés aux fig. 1 à 5 pour former une sixème forme d'exé- cution.
La fig. 11 représente schématiquement et en coupe axiale une septième forme d'exéeution, et
les fig. 12 et 13 illustrent chacune l'utili- sation d'une variante de cette septième forme d'exécution.
Le dispositif représenté à la fig. 1 eomprend une source de lumière A qui, dans certains buts, peut être une source de lumière mono-ehromatique, mais qui est plus généralement une source de lumière blanche. Il comprend également un ensemble condenseur
A1 destiné à concentrer la lumière fournie par la source A dans une ouverture ponctuelle
B ménagée dans un diaphragme B1 et un organe optique réfringent conique C disposé à une certaine distance de l'ouverture B, celle-ci se trouvant sur l'axe de la surface co- nique de cet organe.
L'organe conique C présente une surface plane C1 qui est disposée en regard de l'ouverture B et sa surface eoni- que C2 présente un demi-angle d'ouverture seulement légèrement inférieur à 900, l'épais- seur axiale de cet organe étant faible comparée à la distance qui le sépare de l'ouver- ture B.
L'organe conique C produit, dans le plan n transversal perpendiculaire à l'axe de sa surface conique dans lequel se trouve l'ouverture
B, une image virtuelle D de cette ouverture qui a la forme d'un mince anneau concentrique entourant l'ouverture. Le dispositif complet peut, par conséquent, être considéré comme un moyen commode pour produire un anneau circulaire de lumière, à condition qu'en chaque point du cercle, les rayons se trouvent strictement en phase les uns avee les autres, de sorte que les rayons émanant de points de ce cercle interfèrent les uns avec les autres et produisent des franges d'interfé rence circulaires coaxiales au cône.
Ces franges sont réparties dans l'espace le long de l'axe et en avant du cône C, de manière que lorsqu'on les observe à partir d'un point quelconque de l'axe, on voit un ensemble de franges circulaires. La dimension de la frange intérieure apparaît de plus en plus grande à mesure que l'oeil de l'observateur s'éloigne de l'organe conique, le long de l'axe de celui-ci. Cette dimension est en fait proportionnelle à la distance séparant l'oeil de l'image annulaire D de l'ouverture B. Dans le cas de lumière mono-chromatique, les franges circulaires observées à partir d'un point quelconque de l'axe de l'organe conique sont alternativement lumineuses et sombres.
Cependant, avec de la lumière blanche, les franges sont colorées selon les couleurs du spec- tre et, lorsqu'on utilise le dispositif en pratique, de la lumière blanche est généralement plus satisfaisante, car il est facile de se concentrer sur un mince cercle d'une seule cou- leur d'un ensemble de franges.
Le dispositif qu'on vient de décrire est monté dans une enveloppe cylindrique E ou dans une enveloppe comprenant des parties cylindriques centrées avec précision sur l'axe du cône, afin de faciliter son montage sur des blocs à glissière de section en forme de V ou sur d'autres supports susceptibles d'être mis en place de façon exacte.
La fig. 2 représente le dispositif produeteur de franges d'une deuxième forme d'exé- cution comprenant un organe conique réflé- hissant If'au lieu de l'organe réfringent C'.
Afin d'éviter que les franges ne soient interceptées par l'écran présentant l'ouverture ponctuelle, un réflecteur plan semi-transpa- rent W1 est interposé entre l'organe conique réfléchissant F et l'ouverture ponctuelle B afin que le diaphragme B1 présentant cette ouverture et la source de lumière A avee l'en- semble condenseur A1 disposé entre cette source et le diaphragme puissent être disposes d'un côte de l'axe optique, transversalement à celui-ci. L'organe réfléchissant F fonctionne de manière à former une image virtuelle de l'ouverture ponctuelle J3 en D,
image à partir de laquelle on obtient des franges.
Les deux dispositifs producteurs de fran ges décrits ci-dessus peuvent être modifiés de diverses façons. Par exemple, il n'est pas essentiel que le demi-angle d'ouverture de la surface conique Co de l'organe conique C* ou F ne soit que très peu inférieur à 90 , ni que l'organe conique réfringent C soit mince ou que l'image virtuelle D produite dans le premier de ces dispositifs se trouve exactement dans le plan perpendiculaire à l'axe passant par l'ouverture ponctuelle. B.
Dans certains cas, il peut également être désirable que la face d'incidence Cl de l'organe conique réfrin- gent soit. légèrement incurvée au lieu d'être plane, par exemple comme indiqué à la fig. 3, ou que la génératrice de la surface conique de
L'organe conique soit légèrement incurvée, comme indiqué à la fig. 4 pour l'organe ré fléchissant F*, afin d'obtenir une correction de l'aberration sphérique de l'organe conique et d'améliorer ainsi la définition de l'image virtuelle D. De même, bien que cela ne soit généralement pas nécessaire, unelentille C peut être interposée entre l'ouverture ponetuelle B et l'organe conique C, comme représenté à la fig. 5, afin de raccourcir la dimension axiale du dispositif.
Les dispositifs décrits ci-dessus et leurs va riantes peuvent, être incorporés à divers gen- d'appareils optiques de mesure ou de contrôle et une importante application de ces appareils est le contrôle du parallélisme ou de !'alignement de deux axes distants l'un de l autre, par exemple pour le contrôle d'un bâti de machine ou du montage de porte-outils ou de poupées ou encore de porte-pièces.
Dans une forme d'exécution de l'appareil destinée à contrôler le parallélisme de deux axes, le dispositif décrit, ci-dessus est monté de façon précise sur l'une des deux parties dont la position relative doit être contrôlées, tandis que l'autre de ces parties porte un télescope agencé de la façon représentée à la fig. 6. Ce télescope comprend un objectif F et un oculaire J ainsi qu'un réticule K monté entre l'objectif et 1'oculaire, approximativement dans le plan focal de l'objectif. Cela signifie que si le réticule K est exactement disposé dans le plan focal de l'objectif H, l'ob- servateur voit à l'infini les franges formées dans le dispositif précédemment décrit, ces franges étant mises au point sur le réticule au moyen de l'objectif.
En pratique, toute disposition fixe correspondant à une certaine distance apparente au lieu de l'infini peut être choisie, le réticule K étant alors déplacé de la distance voulue, légèrement hors du plan focal de l'objectif H. Si les deux axes dont le parallélisme doit être contrôlé ne sont pas exactement parallèles l'un à l'autre, cette erreur se manifeste par un déplacement laté- ral des franges hors d'une position de cen- trage par rapport à l'axe du réticule.
Afin de faciliter un contrôle rapide et exact, le réticule présente de préférence plusieurs marques annulaires centrées avec précision sur l'axe du télescope, par exemple comme repré- senté à la fig. 7, et même une très légère erreur par rapport à un parallélisme exact est alors immédiatement apparente par comparaison desdites marques annulaires avec. 1'nappa- rence des franges. Le réticule. K peut également être pourvu d'échelles au cas où on désire pouvoir mesurer avec exactitude le déplacement latérale des franges.
Le télescope représenté à la fig. 6 com- prend une enveloppe L qui est formée de fa on à permettre de la monter avec précision sur un bloc à coulisse de section en forme de V ou sur un autre support porté lui-même par la seconde des parties dont on désire contrôler le parallélisme des axes, la première de ces parties portant le dispositif précédemment décrit et servant à produire les franges.
Pour contrôler l'alignement de deux parties, on monte à nouveau le dispositif décrit en premier lieu sur 1'une des parties dont on désire contrôler l'alignement, mais on monte, sur la seconde de ces parties, un ensemble optique d'observation différent de celui qu'on vient de décrire, et dont deux formes sont représentées aux fig. 8 et 9. Dans la forme représentée à la fig. 8, cet ensemble optique comprend un réticule M monté à l'extrémité avant d'une enveloppe L et un oculaire réglable L1 comprenant une lentille d'agrandissement N. Cette lentille N sert à amener une image du réticule 1LI dans la position voulue pour son observation, de façon que l'observateur voie les franges formées dans le plan de ce réticule superposées à des marques que porte celui-ci.
Comme pour le contrôle du pa- rallélisme, on contrôle que les franges sont correctement centrées sur l'axe du réticule.
Les marques du réticule sont, dans ce cas également, judicieusement constituées par des marques circulaires centrées avec précision sur l'axe du télescope, par exemple par des marques du genre représenté à la fig. 7, afin de faciliter la comparaison de ces marques avec les franges. Le réticule peut, en outre, porter des échelles permettant d'effectuer des mesures. Suivant la fig. 9, une lentille de champ 0 est disposée au voisinage du réti- cule M.
En pratique, il est souvent avantageux de combiner les ensembles optiques d'observation respectivement utilisés pour le contrôle du parallélisme et pour le contrôle de l'alignement dans un seul instrument qu'on appellera télescope d'alignement, par exemple comme représenté à la fig. 10. L'ensemble optique représenté à cette figure est, de façon générale, une combinaison des ensembles optiques respectivement représentés aux fig. 6 et 9.
L'ensemble optique d'observation combiné représenté à la fig. 10 comprend un objectif principal fixe H monté pres de l'extrémité avant d'une enveloppe L, un oculaire réglable L1 comprenant une lentille J, deux réticules
K et 1T respectivement disposés entre l'objee- tif et l'oeulaire et à l'extrémité avant de l'en- veloppe L, et un objectif auxiliaire mobile P qui est susceptible d'être déplacé jusqu'en position de fonctionnement sur l'axe de l'enve- loppe L, comme représenté à la fig. 10, ou d'être retiré loin de cet axe.
Pour le contrôle du parallélisme, l'objectif auxiliaire P est retiré loin de l'axe de l'en- semble optique et l'objectif principal 11, le premier réticule li et la lentille d'oculaire J coopèrent de la façon décrite ci-dessus en re gard de la fig. 6. Il convient de remarquer qu'au cours de ce contrôle de parallélisme, le second réticule J7 est éloigné du foyer et n'est, par conséquent, pas visible à travers l'oeu- laire.
Pour le contrôle de l'alignement, on utilise ce second réticule J7 conjointement avec l'objectif auxiliaire mobile P qui est alors s amené en position de fonctionnement clans l'axe de 1'ensemble optique. Lorsqu'il se trouve dans cette position, l'objectif auxiliaire P co- opère avec l'objectif principal II de manière à former une optique d'agrandissement amenant une image du second réticule ll dans la position voulue pour que cette image soit visible à travers l'oculaire.
Cette position d'image est cependant nettement à distance de la position du premier réticule , de sorte que, lorsque l'oculaire a été réglé pour permettre d'observer l'image du second réticule 31, le premier réticule 7T est si éloigné du plan d'image de l'oculaire qu'il est invisible.
De ce fait, il n'est pas nécessaire de prévoir des moyens permettant de déplacer le premier réticule hors de sa position normale dans laquelle il doit être centré avee une grande précision sur l'axe de 1'ensemble optique.
Etant donné que l'ensemble de l'objectif prin- cipal H et de l'objectif auxiliaire P fonctionne simplement comme une optique d'agrandissement, le centrage de l'objectif auxiliaire P n'exige pas une grande précision et toute faible erreur de sa position axiale est facilement corrigée par réglage de la position de l oen- laire ou par 1'aceommodati.
on del'ail. De telles erreurs n'affectent en rien l'exactitude du centrage, sur l'axe de l'ensemble optique, de l'image des marques que porte le second ré ticule 11. N'importe quel mécanisme eonve- nable peut être utilisé pour déplacer l'objectif auxiliaire P jusqu'en position de fonctionnement et jusqu'en position rétractée et, dans la forme d'exécution partiellement reprêsen- tée à la fig.
10, cet objectif auxiliaire est monté sur un coulisseau Pl qui est suscepti- ble d'être tiré hors de sa position de fonc- tionnement le long du guide fixe P2, d'être inversé et d'être remis en place, le coulisseau
PI présentant un trou de passage P3 qui se trouve en position coaxiale lorsque ce coulisseau a été ainsi inversé.
Il est évidemment préférable que les deux réticules JT et If présentent des marques dis tinctives de façon à permettre à l'observateur de les distinguer facilement l'un de l'autre.
Tout manque de parallélisme peut facilement être décelé au cours du contrôle d'alignement par une légère déformation des franges qui deviennent elliptiques. Cependant, le con trôle séparé du parallélisme décrit plus haut donne une indication beaucoup plus claire et mieux définie d'un manque de parallélisme que ne le fait la forme elliptique des franges.
Semblablement, tout défaut d'alignement est apparent au cours d'un contrôle de parallé- lisme sous forme de variation de l'intensité des franges, mais le contrôle d'alignement séparé est nécessaire en pratique pour obtenir une bonne précision. Il convient de remarquer particulièrement que, dans l'ensemble optique combiné qu'on vient de décrire, les parties dont la position doit être définie de façon très exacte sont fixes, tandis que les parties qui sont mobiles sont celles dont le montage n'exige pas une grande précision.
Si on le désire, le dispositif optique pour la produetion. de franges d'interférence peut être combiné avec un ensemble optique cons tituant un télescope d'alignement, de façon à former un autocollimateur. Une forme d'exé- eution de cet appareil combiné est représentée à la fig. 11. Il est destiné à être monté sur l'une des deux pièces dont on désire contrôler le parallélisme ou l'alignement et à coopérer avec un miroir plan que porte l'autre de ces pièces.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 11, le dispositif optique servant à produire les franges d'interférence est disposé de la manière représentée à la fig. 1, les mêmes signes de référence étant utilisés qu'à cette figure. L'enveloppe E que comprend le dispositif représenté à la fig. 11 est prolongée en avant de l'organe conique C pour recevoir un réflecteur plan semi-transparent et incliné Q.
Cette enveloppe présente également un pro longement latéral El dans lequel l'un quelconque des ensembles optiques d'observation représentés aux fig. 6 à 10 pourrait être disposé selon l'axe optique réfléchi par le réfleeteur Q, 1'ensemble optique d'observation de la forme d'exécution de la fig. 11 étant semblable à celui de la fig. 8. Ainsi, les rayons destinés à produire des franges et qui sont issus du dispositif optique passent à travers le rélecteur semi-transparent Q et sont réfléchis vers ce réflecteur par le miroir plan éloigné, de sorte qu'ils peuvent être observés au moyen de 1'ensemble optique d'observation après avoir été réfléchis à nouveau par le réfleeteur Q.
La fig. 12 illustre l'utilisation de la forme d'exécution représentée à la fig. 11 pour le contrôle du centrage d'une pièce optique sur une broche rotative. Par exemple, il est de pratique courante de monter une lentille sur une broche, au moyen d'une colle durcissante à base de bitume par exemple, et le centrage de cette lentille peut alors être effectué pendant que ladite colle est encore à l'état plastique, de sorte que, lorsque cette colle a durci, la lentille est centrée avec exactitude par exemple pour biseauter ses bords.
Dans des buts de centrage, le dispositif optique est monté de manière que son axe soit exactement aligné sur l'axe de la broche rotative R et le réflecteur partiellement transparent Q, monté par exemple à 45 par rapport à l'axe commun de la broche et du dispositif optique, est interposé entre ce dispositif et cette broche.
Les rayons issus du dispositif optique passent donc à travers le rélecteur partiellement transparent Q, parviennent à la lentille S, sont réfléchis par une surface de cette lentille et sont finalement à nouveau réfléchis par le réflecteur Q vers l'en- semble optique d'observation comprenant la lentille N. Un centrage exact de l'ensemble optique sur l'axe réfléchi n'est pas essentiel
puisqu'il est sans importance que les franges soient concentriques ou non à l'axe de cet
ensemble optique. Le contrôle est effectué en
faisant tourner la broche R et en observant
si l'image des franges se déplace du fait de
cette rotation ou si, au contraire, elle reste
fixe.
La position de la lentille S par rapport
à la broche R est modifiée jusqu'à ce que les
franges observées restent absolument immobiles pendant la rotation de la broche.
L'appareil qu'on vient de déerire peut
aussi être utilisé pour contrôler si deux ou plusieurs surfaces de la lentille S sont exactement coaxiales les unes aux autres en compa
rant les images de franges obtenues par ré
flexion sur chacune de ces surfaces. Dans ce but, si on le désire, cet appareil peut être modifié, comme représenté à la fig. 13, en utilisant une broche creuse Ri et en permet
tant ainsi aux rayons de traverser la lentille S pour parvenir, à travers cette broche,
à un ensemble optique d'observation disposé en regard de l'autre extrémité de la broche.
Les formes d'exécution décrites ci-dessus peuvent encore être modifiées de différentes . façons. Par exemple, des miroirs plans peuvent être interposés sur les parcours des rayons, si on le désire, afin de permettre de monter les différentes parties de l'appareil dans des positions plus adéquates, les références contenues ci-dessus au parallélisme et à l'alignement devant alors être comprises comme s'appliquant aux axes réfléchis plutôt qu'aux axes eux-mêmes.
Optical control and measurement device.
The subject of the invention is an optical control and measurement apparatus comprising an optical device for the production of interference fringes. It is known that a set of spatially distributed interference fringes can be obtained by means of a pair of narrow parallel slits illuminated from a narrow slit disposed behind said parallel slits and symmetrically with respect to each other. these, so that rays of light are in phase with each other at corresponding points of the two slits and interfere with each other so that when observed from any point lying in front of the slits and in a plane of symmetry thereof,
we see a set of rectilinear and parallel interference fringes. This known device, however, has the drawback of being very long, which makes it difficult to use in many practical applications, and it has been proposed to shorten it by placing a lens between the illuminated slit and the pair of parallel slits. .
The present invention relates to an apparatus comprising a device for producing a set of fringes distributed in space, this device exhibiting a length which, even without the use of this additional lens, is weaker and less severe. more suitable for the practical use of the device than that of the known devices, and this device being capable of a greater variety of application than the known devices, thanks to the fact that it provides concentric circular fringes instead of parallel fringes rectilinear.
The apparatus, object of the invention, is characterized in that said device comprises an optical member having a surface of generally conical shape arranged so as to produce an annular virtual image of an illuminated point opening, the emerging rays interfering with each other. the others, so that, observed from any point on the axis of said cone, this image presents a set of circular and concentric interference fringes.
The appended drawing represents, by way of example, several embodiments and variants of the optical device which is the subject of the invention.
Fig. 1 schematically shows, in axial section, the device for producing fringes of a first embodiment.
Fig. 2 similarly represents the fringe-producing device of a second embodiment.
Figs. 3 to 5 show variants of parts of the devices shown in FIGS. 1 and. 2.
Fig. 6 represents, schematically and in axial section, an optical assembly of observa. tion can be combined with a device similar to those shown in FIGS. 1 to 5 to form the third embodiment.
Fig. 7 is an end view of a reticle which comprises the optical observation assembly shown in FIG. 6.
Figs. 8 and 9 show two optical observation assemblies which can be combined with a device similar to those shown in FIGS. 1 to 5 to form the fourth and fifth embodiments.
Fig. 10 shows an optical observation assembly which can be combined with a device similar to those shown in FIGS. 1 to 5 to form a sixth pattern.
Fig. 11 shows schematically and in axial section a seventh form of execution, and
figs. 12 and 13 each illustrate the use of a variant of this seventh embodiment.
The device shown in FIG. 1 includes a light source A which, for some purposes, may be a mono-chromatic light source, but which is more generally a white light source. It also includes a condenser assembly
A1 intended to concentrate the light provided by the source A in a point opening
B formed in a diaphragm B1 and a conical refractive optical member C disposed at a certain distance from the opening B, the latter lying on the axis of the conical surface of this member.
The conical member C has a planar surface C1 which is placed opposite the opening B and its eonic surface C2 has an opening half-angle only slightly less than 900, the axial thickness of this member. being small compared to the distance which separates it from the opening B.
The conical member C produces, in the transverse n plane perpendicular to the axis of its conical surface in which the opening is located
B, a virtual image D of this opening which has the shape of a thin concentric ring surrounding the opening. The complete device can, therefore, be regarded as a convenient means of producing a circular ring of light, provided that at each point of the circle the rays are strictly in phase with each other, so that the rays emanating from points of this circle interfere with each other and produce circular interference fringes coaxial with the cone.
These fringes are distributed in space along the axis and in front of the cone C, so that when one observes them from any point on the axis, we see a set of circular fringes. The dimension of the inner fringe appears larger and larger as the eye of the observer moves away from the conical organ, along the axis of the latter. This dimension is in fact proportional to the distance separating the eye from the annular image D from the aperture B. In the case of monochromatic light, the circular fringes observed from any point on the axis of the conical organ are alternately bright and dark.
However, with white light the fringes are colored according to the colors of the spectrum and, when using the device in practice, white light is generally more satisfactory, since it is easy to focus on a thin circle. of a single color from a set of fringes.
The device which has just been described is mounted in a cylindrical casing E or in an envelope comprising cylindrical parts precisely centered on the axis of the cone, in order to facilitate its mounting on slide blocks with a V-shaped section or on other supports likely to be placed in an exact way.
Fig. 2 shows the fringe producing device of a second embodiment comprising a conical reflecting member If 'instead of the refractive member C'.
In order to prevent the fringes from being intercepted by the screen having the point opening, a planar semi-transparent reflector W1 is interposed between the conical reflecting member F and the point opening B so that the diaphragm B1 having this opening and the light source A with the condenser assembly A1 placed between this source and the diaphragm can be placed on one side of the optical axis, transversely to the latter. The reflecting member F functions so as to form a virtual image of the point opening J3 in D,
image from which we obtain fringes.
The two fringe-producing devices described above can be modified in various ways. For example, it is not essential that the half-opening angle of the conical surface Co of the conical member C * or F is only very little less than 90, nor that the refractive conical member C is thin. or that the virtual image D produced in the first of these devices lies exactly in the plane perpendicular to the axis passing through the point opening. B.
In some cases, it may also be desirable that the incidence face C1 of the taper member be refractive. slightly curved instead of flat, for example as shown in fig. 3, or that the generator of the conical surface of
The conical member is slightly curved, as shown in fig. 4 for the reflective organ F *, in order to obtain a correction of the spherical aberration of the conical organ and thus improve the definition of the virtual image D. Likewise, although this is generally not necessary, a lens C can be interposed between the ponetuelle opening B and the conical member C, as shown in FIG. 5, in order to shorten the axial dimension of the device.
The devices described above and their variations can be incorporated into various kinds of optical measuring or control devices and an important application of these devices is the control of the parallelism or of the alignment of two distant axes. one of the other, for example for the control of a machine frame or the assembly of tool holders or headstocks or even workpiece holders.
In an embodiment of the apparatus intended to control the parallelism of two axes, the device described above is mounted precisely on one of the two parts whose relative position is to be controlled, while the another of these parts carries a telescope arranged as shown in FIG. 6. This telescope comprises an objective F and an eyepiece J as well as a reticle K mounted between the objective and the eyepiece, approximately in the focal plane of the objective. This means that if the reticle K is exactly placed in the focal plane of the objective H, the observer sees at infinity the fringes formed in the device previously described, these fringes being brought into focus on the reticle by means of of the goal.
In practice, any fixed arrangement corresponding to a certain apparent distance instead of infinity can be chosen, the reticle K then being moved by the desired distance, slightly outside the focal plane of the objective H. If the two axes of which the parallelism to be checked are not exactly parallel to each other, this error is manifested by a lateral displacement of the fringes out of a centering position with respect to the axis of the reticle.
In order to facilitate rapid and exact control, the reticle preferably has several annular marks precisely centered on the axis of the telescope, for example as shown in FIG. 7, and even a very slight error with respect to an exact parallelism is then immediately apparent by comparing said annular marks with. The appearance of the fringes. The reticle. K can also be provided with scales if it is desired to be able to accurately measure the lateral displacement of the fringes.
The telescope shown in fig. 6 comprises a casing L which is formed in such a way as to allow it to be mounted with precision on a sliding block with a V-shaped section or on another support carried itself by the second of the parts which it is desired to control. parallelism of the axes, the first of these parts carrying the device described above and serving to produce the fringes.
In order to check the alignment of two parts, the device described first of all is mounted on one of the parts whose alignment it is desired to check, but on the second of these parts an optical observation assembly is mounted. different from that which has just been described, and of which two forms are represented in FIGS. 8 and 9. In the form shown in FIG. 8, this optical assembly comprises a reticle M mounted at the front end of a casing L and an adjustable eyepiece L1 comprising an enlarging lens N. This lens N is used to bring an image of the reticle 1LI into the desired position for its observation, so that the observer can see the fringes formed in the plane of this reticle superimposed on the marks that the latter bears.
As for the parallelism check, it is checked that the fringes are correctly centered on the axis of the reticle.
The marks of the reticle are, in this case also, judiciously constituted by circular marks precisely centered on the axis of the telescope, for example by marks of the kind shown in FIG. 7, in order to facilitate the comparison of these marks with the fringes. The reticle can, moreover, carry scales making it possible to carry out measurements. According to fig. 9, a field lens 0 is arranged in the vicinity of the reticle M.
In practice, it is often advantageous to combine the optical observation assemblies respectively used for checking parallelism and for checking alignment in a single instrument which will be called an alignment telescope, for example as shown in FIG. . 10. The optical assembly shown in this figure is, in general, a combination of the optical assemblies respectively shown in FIGS. 6 and 9.
The combined optical observation assembly shown in FIG. 10 comprises a fixed main objective H mounted near the front end of a casing L, an adjustable eyepiece L1 comprising a lens J, two reticles
K and 1T respectively arranged between the objective and the eyepiece and at the front end of the casing L, and a movable auxiliary objective P which can be moved to the operating position on the the axis of the envelope L, as shown in FIG. 10, or to be withdrawn far from this axis.
For the parallelism check, the auxiliary objective P is withdrawn away from the axis of the optical assembly and the main objective 11, the first reticle li and the eyepiece lens J cooperate as described above. above with reference to fig. 6. It should be noted that during this parallelism check, the second reticle J7 is far from the focal point and is therefore not visible through the eye.
For the control of the alignment, this second reticle J7 is used together with the movable auxiliary objective P which is then brought into the operating position clans the axis of the optical assembly. When it is in this position, the auxiliary objective P co-operates with the main objective II so as to form an enlarging optic bringing an image of the second reticle II to the desired position so that this image is visible at through the eyepiece.
This image position is however clearly remote from the position of the first reticle, so that when the eyepiece has been adjusted to allow viewing of the image of the second reticle 31, the first reticle 7T is so far from the plane. image of the eyepiece that it is invisible.
Therefore, it is not necessary to provide means for moving the first reticle out of its normal position in which it must be centered with great precision on the axis of the optical assembly.
Since the assembly of the main objective H and the auxiliary objective P functions simply as a magnifying optic, the centering of the auxiliary objective P does not require high precision and any small error of the lens. its axial position is easily corrected by adjustment of the position of the eyelid or by the accomodati.
we have garlic. Such errors in no way affect the accuracy of the centering, on the axis of the optical assembly, of the image of the marks carried by the second reticle 11. Any suitable mechanism can be used for this. move the auxiliary objective P to the operating position and to the retracted position and, in the embodiment partially shown in FIG.
10, this auxiliary objective is mounted on a slider P1 which is liable to be pulled out of its operating position along the fixed guide P2, to be inverted and to be put back in place, the slider
PI having a through hole P3 which is in the coaxial position when this slide has been thus reversed.
It is obviously preferable that the two reticles JT and If have distinctive markings so as to allow the observer to easily distinguish them from one another.
Any lack of parallelism can easily be detected during the alignment check by a slight deformation of the fringes which become elliptical. However, the separate check of parallelism described above gives a much clearer and better defined indication of a lack of parallelism than does the elliptical shape of the fringes.
Likewise, any misalignment is apparent during a parallelism check as a variation in the intensity of the fringes, but the separate alignment check is necessary in practice to achieve good accuracy. It should be noted in particular that, in the combined optical assembly just described, the parts whose position must be defined very exactly are fixed, while the parts which are movable are those whose mounting does not require not very precise.
If desired, the optical device for the production. of interference fringes can be combined with an optical assembly constituting an alignment telescope, so as to form an sticker. One embodiment of this combined apparatus is shown in fig. 11. It is intended to be mounted on one of the two parts whose parallelism or alignment is to be checked and to cooperate with a plane mirror which the other of these parts carries.
In the embodiment shown in FIG. 11, the optical device for producing the interference fringes is arranged as shown in FIG. 1, the same reference signs being used as in this figure. The envelope E which the device represented in FIG. 11 is extended in front of the conical member C to receive a semi-transparent and inclined plane reflector Q.
This envelope also has a lateral protrusion El in which any one of the optical observation assemblies shown in FIGS. 6 to 10 could be arranged along the optical axis reflected by the reflector Q, the optical observation assembly of the embodiment of FIG. 11 being similar to that of FIG. 8. Thus, the rays intended to produce fringes and which emerge from the optical device pass through the semi-transparent reflector Q and are reflected to this reflector by the distant plane mirror, so that they can be observed by means of The observation optical assembly after having been reflected again by the reflector Q.
Fig. 12 illustrates the use of the embodiment shown in FIG. 11 for checking the centering of an optical part on a rotating spindle. For example, it is common practice to mount a lens on a spindle, by means of a hardening glue based on bitumen for example, and the centering of this lens can then be carried out while said glue is still in the state. plastic, so that when this glue has hardened, the lens is centered exactly, for example to bevel its edges.
For centering purposes, the optical device is mounted so that its axis is exactly aligned with the axis of the rotating spindle R and the partially transparent reflector Q, mounted for example at 45 from the common axis of the spindle and the optical device, is interposed between this device and this pin.
The rays coming from the optical device therefore pass through the partially transparent reflector Q, reach the lens S, are reflected by a surface of this lens and are finally again reflected by the reflector Q towards the observation optical assembly. including lens N. Exact centering of the optical assembly on the reflected axis is not essential
since it is irrelevant whether the fringes are concentric or not with the axis of this
optical assembly. The control is carried out in
turning the spindle R and observing
if the image of the fringes moves due to
this rotation or if, on the contrary, it remains
fixed.
The position of the lens S in relation
at pin R is changed until the
fringes observed remain absolutely motionless during the rotation of the spindle.
The device we have just removed can
also be used to check whether two or more surfaces of the S lens are exactly coaxial with each other in comparison
rant the images of fringes obtained by re
flexion on each of these surfaces. For this purpose, if desired, this apparatus can be modified, as shown in FIG. 13, using a Ri hollow pin and allows
so much for the rays to pass through the lens S to reach, through this pin,
to an optical observation assembly arranged opposite the other end of the spindle.
The embodiments described above can be further modified from different. manners. For example, plane mirrors can be interposed on the paths of the rays, if desired, in order to allow the various parts of the apparatus to be mounted in more suitable positions, the references contained above to parallelism and to the alignment should then be understood as applying to the reflected axes rather than to the axes themselves.