CH334683A - Appareil pour la mesure d'angles - Google Patents

Appareil pour la mesure d'angles

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CH334683A
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Inventor
Scott Roderic Mac Donald
Burned Scott Larkin
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Perkin Elmer Corp
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

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      Appareil        pour    la     mesure        d'angles       La présente     invention    a pour objet un  appareil pour la mesure d'angles et a pour  but de permettre de mesurer avec une grande  exactitude la     distance    angulaire entre une  paire d'objets ou l'étendue du mouvement  angulaire d'un organe rotatif à     partir    d'un  point fixe. La mesure de la distance des objets  ou du mouvement de l'organe est faite     _    en se  référant à une échelle qui est présentée à  l'infini.

   Le système optique de l'appareil est,  par conséquent, exempt de parallaxe et des  erreurs de lecture de l'échelle n'apparaissent  pas même si le point à partir duquel l'échelle  est lue n'est pas déterminé de façon précise  par rapport à ladite échelle.  



       L'appareil    selon l'invention est caractérisé  en ce qu'il comprend une échelle disposée sur  une surface de révolution, des moyens opti  ques disposés de telle manière par rapport à  l'échelle qu'ils forment une image de celle-ci  à     l'infini,    des moyens pour maintenir fixes les  positions relatives de l'échelle et les moyens  optiques, et des moyens pour observer  l'échelle à     partir    d'un point situé au moins  approximativement à son centre de courbure,  l'échelle étant fixée dans une position repère  connue.  



  Le dessin annexé représente, à titre d'exem  ple, deux formes d'exécution de l'appareil  faisant l'objet de la présente invention.    La     fig.    1 est une vue en plan avec parties  brisées représentées en coupe de la     première     forme d'exécution.    La fi-. 2 est une vue en coupe par la  ligne 2-2 de la     fig.    1.    Les     fig.    3 et 4 sont des vues semblables à  la     fig.    2 dans deux positions différentes d'un  des organes de l'appareil.    Les     fig.    5 et 6 sont des vues schématiques  correspondant aux     fig.    3 et 4 respectivement  mais prises à     angle    droit par rapport à cel  les-ci.

      La     fig.    7 est une vue en perspective de la  deuxième forme d'exécution de l'appareil.    La     fig.    8 est une coupe schématique ver  ticale de l'appareil représenté à la     fig.    7 dont  certaines parties ont été supprimées.    L'appareil représenté aux     fig.    1 et 2 est  semblable à un     théodolite    et comprend une  paire de bras 10, 11 montés sur un support  ou socle approprié et comportant des paliers  respectifs 12 et 13 du type à douille bien que  des paliers du type antifriction puissent être  utilisés.

   Plusieurs goujons 14 fixés aux bras 11  s'étendent d'une façon générale parallèlement  à l'axe commun des     paliers    et portent à leurs  extrémités extérieures une plaque 15 s'éten-           dant    normalement audit axe commun. Les  goujons     portent    également des bras 16 s'éten  dant     radialement    et     supportant    une bande 17  ayant une     forme    se rapprochant de celle de  la zone équatoriale d'une sphère     concentrique     à l'axe des     paliers    avec une     échèlle    inscrite  sur sa     surface    intérieure.

   Un second groupe de  bras 18     fixés    à la bande 17 s'étendent vers  l'axe des paliers et supportent des bras 19 qui  portent, à une     extrémité,    une plaque 20, s'éten  dant parallèlement à la plaque 15, et, à l'autre  extrémité, un télescope 21.     L'échelle    sur la  bande 17 est en face de l'espace séparant les  plaques 15 et 20.  



  Dans l'appareil représenté aux     fig.    1 et 2,  l'organe dont le déplacement     angulaire    doit  être mesuré, est un télescope 22 ayant un  tube avec des     tourillons    coaxiaux 23 et 24  s'étendant .de chaque côté du tube, à angle  droit par rapport à l'axe de celui-ci et étant  supportés dans les paliers 12 et 13 respecti  vement. Le tourillon 24 traverse son palier 13  et sa face d'extrémité opposée au télescope 22  est plane et taillée suivant un angle de 45   par rapport à l'axe commun des tourillons.  Cette face s'étend perpendiculairement à un  plan passant par les axes des tourillons et du  télescope 22 ; elle est argentée de manière à  former un miroir 25.

   Une pièce de verre 26,  qui a la même section circulaire que le tou  rillon 24 et qui présente à une extrémité une  face également inclinée suivant un angle de  45  par rapport à son axe, est montée de       manière    à s'étendre avec ladite face inclinée  opposée au miroir 25. La face extérieure 26a  de l'élément de verre opposée à ladite face  inclinée, est plane et s'étend normalement à  l'axe des tourillons et en regard de l'extrémité  adjacente du télescope 21.  



  Un dispositif collimateur est constitué par  une     lentille    annulaire 27 montée entre les pla  ques 15 et 20 et entourant les     faces    inclinées  du tourillon 24 et de la pièce de verre 26.  Cette lentille comporte une     surface    intérieure  cylindrique 27a s'étendant     coaxialement    aux       paliers    et une surface extérieure sphérique 27b  ayant un centre     côincidant    avec le centre de  courbure de l'échelle 17.

   Bien que le rayon    de la surface 276 soit représenté égal à la  moitié de     celui    de l'échelle 17, cette relation  n'est pas     nécessaire    et l'essentiel est que  l'échelle 17 s'étende au foyer de la lentille 27  et que, par conséquent, la lumière provenant  d'un point P sur l'échelle soit     collimatée    en  passant à travers la lentille 27 comme repré  senté par les lignes en trait mixte aux     fig.    1,  5 et 6.

   La pièce 26 et la     lentille    27 sont en  un verre présentant le même indice de réfrac  tion et l'espace entre la surface intérieure de  la lentille et les surfaces du tourillon 24 et de  la pièce 26, peut être rempli d'un     film    de  liquide d'étanchéité optique 28     maintenu    en  place, par exemple, par des anneaux de caout  chouc 29 placés dans des canaux     circonféren-          tiels    ménagés sur les plaques 15 et 20 et  s'appuyant contre les surfaces du tourillon 24  et de la pièce de verre 26 respectivement.

   Si  les différents organes sont ajustés de façon  étanche, le liquide d'étanchéité peut être éli  miné puisque la mince lentille d'air cylindrique  laissée par la suppression du liquide ne pro  voque pas une aberration sensible. Lorsqu'un  liquide d'étanchéité est utilisé, son indice de  réfraction est de préférence le même que celui  des éléments de verre. Dans la forme d'exé  cution décrite, la lumière provenant de l'échelle  17 et traversant la lentille 27 et la pièce 26  reste     collimatée    en quittant la     face    26a et en  entrant dans le télescope 21. L'image de  l'échelle se trouve à l'infini lorsqu'elle est  vue à travers le télescope 21.  



  Les télescopes 21 et 22 contiennent des  fils croisés dans une position fixe les uns par  rapport aux autres de sorte que lorsque les  fils croisés du télescope 22 sont fixés sur un  objet et que l'échelle est ensuite examinée à  travers le télescope 21, la position de l'objet  sur l'échelle peut être déterminée. L'échelle et  l'objet étant, en effet, à l'infini, l'exactitude  avec laquelle le télescope 22 est monté et  centré par rapport au télescope fixe 21 et le  reste du système optique n'a pas d'importance.  Le télescope 21 permet à un observateur de  voir l'échelle à     partir    d'un point au centre ou  à proximité du centre de l'échelle, et ceci évite       l'effet    des erreurs de montage et de centrage      du télescope 22 comme il ressort de ce qui  va suivre.  



  Si une lecture sur l'échelle est faite au  moyen du télescope 21 à un moment où les  tourillons 23 et 24, les paliers 12 et 13 et  l'échelle 17 sont exactement coaxiaux, la  lumière provenant d'un point P sur l'échelle  est     collimatée    par la lentille 27 et tombe sur  le     miroir    25 où elle est     réfléchie.    La lumière       collimatée    pénètre ensuite dans le télescope 21  où est formée l'image du point qui peut être  examinée à travers l'oculaire du télescope.

    Cependant si au moment de faire la lecture  les tourillons, les paliers et l'échelle ne sont  pas coaxiaux et que les tourillons sont dépla  cés comme indiqué par le tourillon 24 à la       fig.    3, l'image formée dans le télescope est  encore celle du point P. Ceci pour la raison  suivante : dans les conditions indiquées, une  partie du faisceau     collimaté    provenant du  point P tombe sur le miroir 25 et pénètre  dans le télescope 21, où une image du point P  est formée.  



  Si au moment de faire la lecture, l'axe des  tourillons est incliné par rapport à l'axe com  mun des paliers et de l'échelle comme indiqué  par le déplacement du tourillon 24 à la     fig.    4,  de la lumière provenant d'un point P' sur  l'échelle qui est sur un même trait de gradua  tion que le point P représenté à la     fig.    6, sera       collimatée    par la lentille 27 et une partie de  la lumière     collimatée    sera dirigée dans le téles  cope 21 par le miroir 25. A l'intérieur du  télescope la lumière     collimatée    est concentrée  et une image du point P' est formée.

   Puisque  le point P' est sur le même trait de graduation  que le point P, la lecture de l'échelle pour le  point P' est la même que pour celle du point P.  



  Dans les cas décrits ci-dessus, dans les  quels l'axe commun des tourillons est déplacé  à partir de l'axe commun des paliers et du  support de l'échelle, une partie de la lumière  provenant du point P qui a été     collimatée    est  perdue et ne pénètre pas dans le télescope 21.  Cependant, une quantité suffisante de lumière       collimatée    est     dirigée    dans le télescope pour  former une image du point P ou d'un point  situé sur un même trait de graduation que le    point P.

   Ainsi     il    est possible de faire une  mesure exacte d'un déplacement angulaire de  l'organe 22 même si l'axe de rotation     dudit     organe n'est pas exactement coaxial à     l'axe          commun    des paliers et de l'échelle au moment  de la lecture sur l'échelle.  



  Si l'on désire éviter une     perte    de lumière  résultant d'un déplacement excessif de l'axe  du télescope 22, le télescope 21 peut être  fixé directement à la pièce 26 et les bras de  support 19 supprimés de telle sorte que le  télescope 21 se déplace avec le télescope 22.  Cette variante conduit à un meilleur aligne  ment du télescope 21 sur la ligne de visée.  



  Dans l'appareil représenté à la     fig.    1,  l'échelle est formée sur une surface sphérique,  une telle surface pouvant être remplacée par  une autre surface de révolution, par exemple  cylindrique qui, dans quelques cas, donne des  résultats acceptables. La     lentille    27 qui forme  une image virtuelle de l'échelle à l'infini est  disposée dans la     bande    portant l'échelle dans  la première forme d'exécution de     l'appareil,     mais si on le désire, les positions de l'échelle  et de l'élément optique peuvent être inversées  et le télescope 21 peut être remplacé par un  viseur du type réflexe qui superpose l'échelle  sur une image qui est vue à travers un téles  cope correspondant à celui désigné en 22.

    Une telle construction est représentée aux  fi-.<B>7</B> et<B>8.</B>  



  L'appareil représenté à la     fig.    7 comprend  un montage à cardan comportant un     pilier    30  à l'extrémité duquel est montée une tige 31  supportant un bras mobile 32 de cardan par  l'intermédiaire d'un pivot 33. Le bras 32  s'étend vers le bas à partir du pivot et un  second bras de cardan 34 est     supporté    sur  l'extrémité inférieure du bras 32 sur un pivot  horizontal 38. Un télescope 36 est fixé à  l'extrémité libre du bras 34 et est mobile sur  le pivot 33 comme axe d'azimut et sur le  pivot 38 comme axe d'élévation. Le télescope  est muni d'un objectif 37 monté dans l'extré  mité avant de son tube et d'un oculaire 35  dans son     extrémité    intérieure.

   Le télescope  contient un élément 39 de séparation de  faisceau et un tube     latéral    40     dans    l'aligne-      ment du séparateur de faisceau. Le tube laté  ral contient un miroir-plan incliné 41 à son  extrémité extérieure et présente un tronçon  d'extrémité 42 muni d'une lentille 43 de       collimation.    L'axe optique du tronçon 42 est  parallèle à celui du télescope 36.  



  Un miroir sphérique 44 est monté sur  un support 45 au-dessous du télescope et un  élément     hémisphérique        transparent    46 est  supporté dans le miroir par des bras radiaux  47 venant en prise avec le bord du miroir.  L'élément hémisphérique 46 est muni sur sa  surface extérieure de lignes 48 inscrites sur  celle-ci et formant une échelle ayant la forme  d'une     grille,    cette échelle étant si     mince     qu'elle est pratiquement sans effet optique.  L'échelle est éclairée _ par plusieurs lampes  électriques 49 montées le long du bord de  l'élément 46 et par-dessus celui-ci dans des  enveloppes 50 ouvertes à une extrémité.

   L'élé  ment et le miroir sont concentriques et le  rayon du miroir est le double de celui de la  surface extérieure de l'élément hémisphérique  pour que les lignes 48 s'étendent au foyer du  miroir 44. La lumière provenant d'un point  sur l'échelle est     collimatée    lorsqu'elle est ré  fléchie par le miroir 44 de     sorte    que la       lumière        collimatée    passe à travers la lentille  43 comme représenté en trait     mixte    et par  les flèches à la fia. 8. Les axes d'azimut et  d'élévation du     support    à cardan pour le téles  cope 38 passent par le centre commun de  l'élément 46 et du miroir 44.  



  La distance focale de la lentille 43 et le  parcours optique de la lumière réfléchie à  partir du miroir 41 à travers le tube 40 et       réfléchie    à     partir    du séparateur 39, sont tels  que l'échelle est mise au point au plan focal  du télescope de     sorte    que l'objet et l'échelle  peuvent être vus simultanément à l'infini. La  lumière passant directement de l'échelle à tra  vers le système optique est dispersée dans le  système, mais ne fait pas apparaître une se  conde     image    de l'échelle.

   Comme dans l'ap  pareil représenté à la fia. 1, l'utilisation de  lumière parallèle dans le système optique  auxiliaire empêche de petites erreurs dans la  position du télescope 36 par     rapport    au centre    commun de l'hémisphère 46 et du     miroir    44  d'introduire des erreurs dans la lecture de  l'échelle. En plaçant un point de repère sur  l'échelle, la position initiale d'un objet peut  être facilement déterminée et son mouvement  à partir de cette position, noté.     L'écart    angu  laire entre deux objets peut être trouvé en  prenant un point comme point de référence  et en soustrayant sa lecture d'échelle à partir  de la lecture du second point.

      L'appareil de la fia. 1 peut être utilisé  pour déterminer l'écart angulaire de deux  objets dans le plan dans lequel le télescope 22  est mobile, ou l'étendue du mouvement angu  laire d'un objet dans     ce    plan. Ordinairement,  le télescope 22 est monté pour se déplacer  dans un plan vertical mais il ne peut se dé  placer que dans un seul plan alors que le  télescope 36 est monté de façon à pouvoir se  déplacer dans     n'importe    quel sens. Le téles  cope 36 pourrait également être utilisé pour  effectuer des mesures dans un seul plan, par  des lectures à partir d'une bande équatoriale  plutôt qu'à partir de l'élément hémisphéri  que 46.

Claims (1)

  1. REVENDICATION Appareil pour la mesure d'angles, carac térisé en ce qu'il comprend une échelle dispo sée sur une surface de révolution, des moyens optiques disposés de telle manière par rapport à l'échelle qu'ils forment une image de celle-ci à l'infini, des moyens pour maintenir fixes les positions relatives de l'échelle et des moyens optiques, et des moyens pour observer l'échelle à partir d'un point situé au moins approxima tivement à son centre de courbure, l'échelle étant fixée dans une position repère connue. SOUS-REVENDICATIONS 1.
    Appareil selon la revendication, carac térisé en ce que les moyens optiques sont placés concentriquement par rapport à l'échelle qui se trouve au foyer de ces moyens optiques. 2. Appareil selon la revendication, carac térisé en ce qu'il comprend un télescope pour observer un objet, et en ce que les moyens pour observer l'échelle permettent de voir celle-ci dans une direction déterminée par rapport à l'axe optique du télescope.
    3. Appareil selon la revendication, carac térisé en ce qu'il comprend un télescope pour viser un objet, et en ce que les moyens pour observer l'échelle comprennent un télescope permettant d'observer cette échelle à travers les moyens optiques, les télescopes étant fixes l'un par rapport à l'autre de manière que la lecture de l'échelle faite à travers un télescope corresponde à l'objet vu par l'autre. 4. Appareil selon la revendication, carac térisé en ce que les moyens optiques formant une image de l'échelle à l'infini sont un élé ment optique annulaire. 5.
    Appareil selon la revendication, carac térisé en ce que l'échelle est formée de gra duations autour d'un axe passant par le cen tre de courbure de la surface pontant ladite échelle, et en ce que les moyens pour former une image de l'échelle à l'infini comprennent un élément optique ayant une surface prati quement sphérique concentrique à l'échelle. 6. Appareil selon la revendication, carac térisé en ce que l'échelle est disposée sur une partie annulaire d'une surface pratiquement sphérique. 7. Appareil selon la revendication, carac térisé en ce que l'échelle est disposée sur une surface transparente pratiquement sphérique. 8.
    Appareil selon la revendication et la sous-revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une surface réfléchissante hémisphé rique supportée concentriquement par rapport à l'échelle et dont le rayon est le double de celui de l'échelle et un télescope pour observer un objet, et en ce que les moyens d'observation permettent de voir dans le télescope une partie de l'échelle superposée à l'image de l'objet.
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