Appareil pour déterminer l'étendue d'un mouvement relatif
La présente invention a pour objet un appareil pour déterminer l'étendue d'un mouvement relatif entre deux pièces, en particulier un appareil indiquant le mouvement avec une grande précision.
Pour la commandedemachines-outils,par exemple, on peut produire, à l'aide de mouvements relatifs de trames ou autres dispositifs équivalents, des mouvements amplifiés de franges d'interférence d'énergie électromagnétique, notamment des ondes lumineuses, et compter le nombre de franges traversant une tête de lecture, par exemple lors du déplacement d'un chariot de la machine-outil. Ces méthodes nécessitent t un, appareillage, de comptage relativement compliqué et dont la précision est limitée à l'espacement des lignes de la trame servant de référence.
Dans un système connu, une disposition de cellules photoélectriques en quadrature dans une tête de lecture permet d'augmenter jus, qu'à quatre fois le pouvoir de résolution, qui demeure limité par les traits de la trame. Le pouvoir de résolution peut être augmenté en utilisant des trames plus fines, mais les très fines trames sont difficilement utilisables avec sûreté. II est en effet très malaisé de travailler avec des réseaux comprenant plus de 400 lignes par centimètre et, même avec ce grand nombre de lignes, le pouvoir de résolution qui peut être atteint n, est que de 0, 025 mm : 4 = 0, 0065 mm, en utilisant des cellules photoélectriques en quadrature.
De plus, il est difficile d'éviter une ambiguïté des lectures et il faut alors compter les franges à partir d'un point de référence, afin d'obtenir une lecture de la mesure, à moins d'avoir recours à un système à mémoire, ce qui augmente encore la complication.
L'un des buts de la présente invention est de fournir un appareil qui permette de mesurer facilement et avec certitude un mouvement relatif ou une position relative, en utilisant des réseaux de traits relativement grossiers et par conséquent peu com pliqués, tout en obtenant un pouvoir de résolution beaucoup plus grand que ne le permettent les métho- des de comptage.
Un tel mouvement peut être évalué par la lecture d'un ou plusieurs cadrans, qui peuvent être calibrés directement en unités entrant en considération.
L'appareil faisant l'objet de l'invention comprend deux réseaux superposés, chacun monté fixe par rapport à l'une des pièces, agencés. pour produire un jeu de franges, d'interférence dont la position instantanée relativement à une référence fixe est une fonc- tion de la position, relative des pièces, des moyens détecteurs sensibles à la. position des franges et pouvant être actionnés pour produire'un signal perio- dique déphasé, relativement à un signal de référence, d'un angle proportionnel au déplacement des franges à partir d'une position de référence, et un dispositif sensible à la phase pour comparer les phases relatives du signal de référence.
Cet appareil est carac térisé en ce qu'il comprend des moyens pour sélectionner des surfaces rectangulaires du jeu de franges, ces surfaces espacées dans la direction du mouve- ment à mesurer, chacune s'étendant sur une distance d'un tiers de l'intervalle entre deux franges consécutives, les moyens détecteurs étant disposes par rapport à ces surfaces de manière que le signal périodique soit la résultante des composantes dont les amplitudes respectives diffèrent selon la position des franges par rapport aux surfaces, et en ce que les réseaux sont orientés l'un par rapport à l', autre de façon que les franges s'étendent parallèlement à une diagonale de chacune des surfaces.
En pratique, le mouvement d'une frange d'interférence sur une distance correspondant à la séparation entre les franges adjacentes peut être prévu de façon à produire une rotation de phase, c'est-à-dire de vecteur, du signal dérivé, relativement au signal de référence, de 360"par exemple, et si ce mouvement est prévu de façon à correspondre à la distance réelle de 0, 1 mm par exemple, un tour du rotor correspondra à cette distance et, en faisant en sorte que le rotor déplace une aiguille sur une échelle divisée en cent unités, on pourra lire directement en 0, 001 mm.
L'appareil selon l'invention peut présenter aussi un très grand pouvoir de résolution en divisant l'in- tervalle entre les traits successifs d'un réseau de référence, cette division n'étant limitée que par la sensibilité du dispositif indicateur et par le nombre de divisions qui peuvent figurer sur le cadran qui indique les derniers chiffres. Si l'on utilise, par exemple, un réseau de référence. à 200 traits par centimètre et un indicateur dont le cadran comprend 200 divisions, on pourra lire directement en unités de 0, 00025 mm. Un pouvoir de résolution encore plus grand peut être obtenu avec des réseaux encore plus fins ou avec un plus grand nombre de divisions sur le cadran ou encore par multiplication de phase.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'appareil objet de l'invention et des variantes :
la fig. 1 est une vue schématique en perspective d'une première forme d'exécution,
la fig. 2 est un schéma fonctionnel montrant sous une forme simplifiée le circuit électrique de cette forme d'exécution,
la fig. 3 montre une variante d'un dispositif représenté à la fig. 1,
la fig. 4 représente schématiquement une variante du dispositif selon la fig. 3,
la fig. 5 est le schéma du circuit d'une seconde forme d'exécution,
la fig. 6 est une vue d'une tête magnétique utilisable dans une forme d'exécution à réseaux magné- tiques,
la fig.
7 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'une troisième forme d'exécution,
la fig. 8 est une coupe, à plus grande échelle, selon 8-8 de la fig. 7,
la fig. 9 est une coupe selon 9-9 de la fig. 8,
la fig. 10 est une coupe par 10-10 de la fig. 8,
la fig. 11 est une vue partielle en élévation d'une variante de la forme d'exécution représentée aux fig. 7 à 10,
la fig. 12 est une coupe, à plus grande échelle, de la partie supérieure de la variante représentée à la fig. 11,
la fig. 13 est une vue latérale partielle corres pondant à la fig. 11,
la fig. 14 est le schéma fonctionnel de la forme d'exécution et de la variante des fig. 7 à 10 et 11 à 13,
la fig.
15 est une coupe partielle d'une quatrième forme d'exécution, et
la fig. 16 est une coupe en partie selon A-A et en partie selon B-B de la fig. 15.
Dans l'appareil qui va être décrit, n'importe quelle forme d'énergie électromagnétique capable de produire des franges d'interférence peut être utilisée, mais pour plus de simplicité l'appareil sera décrit tout d'abord sous la forme utilisant de la lumière. Lorsqu'il s'agit de mesurer le mouvement d'un chariot de machine-outil, les franges d'interférence peuvent être produites en utilisant un réseau de traits de référence, qui peut être une règle fixée au berceau de la machine, tandis qu'une règle portée par le chariot se déplace à proximité immédiate du réseau de traits de référence. Ces deux réseaux sont superposés et les franges d'interférence produites par une lumière transmise.
La fig. 1 représente schématiquement un appareil utilisant de la lumière transmise et la fig. 2 en est le schéma des connexions sous une forme simplifiée.
Trois lampes 1, 2 et 3, qui fonctionnent chacune dans une phase d'un système triphasé, sont disposées de manière à éclairer trois fentes allongées 4, 5 et 6 formées dans un cache 7, s'étendant parallèlement les unes aux autres et transversalement à la direction du mouvement qu'il s'agit de mesurer. Deux réseaux de traits superposés, à savoir. un réseau de référence mobile 8 et un réseau fixe 9 faisant office de vernier, dont l'espacement des traits est légèrement différent pour produire des franges de vernier, sont disposés derrière ces fentes et devant un deuxième cache 10 avec trois fentes 11, 12 et 13 s'étendant dans la direction du mouvement du réseau de référence 8.
Enfin., derrière les fentes 11, 12 et 13 du cache 10 se trouvent trois rangées de trois cellules photoélec- triques d, a"et a", b'b"et b"', et c', c"et c" s'étendant dans la direction du mouvement. On entend par réseaux superposés deux réseaux disposés proches l'un de l'autre de façon à être éclairés par un même faisceau lumieux qui traverse successivement ces réseaux. Les lignes d'un des réseaux peuvent être parallèles à celles de l'autre réseau ou former un faible angle avec elles. Les deux réseaux sont disposés de façon que leurs traits soient légèrement inclinés, afin que les franges de vernier se forment en diagonale sur les cellules photoélectriques.
Les traits des réseaux sont en outre agencés de façon que la distance entre les franges d'interférence couvre tout juste une rangée complète de cellules photoélectriques et que l'inclinaison soit telle que lors- qu'une frange s'approche juste du jeu de cellules, par exemple de la cellule a'de la première rangée, la frange immédiatement adjacente d'un côté vient juste de quitter la cellule c'de la troisième rangée.
Le signal de sortie des trois cellules de chaque rangée est combiné vectoriellement et les trois signaux ainsi obtenus sont combinés dans un transformateur triphase 14 (fig. 2), de manière à produire un signal de sortie dérivé triphasé. Tant qu'il n'y a pas de mouvement, ce signal triphasé est en synchronisme avec le signal de referen, ce trphase, c'esta, dire 1'aIi- men, t, ation des lampes 1, 2 et 3 par une source 15, bien qu'il puisse y avoir un retard ou une avance, selon la position de la frange sur le jeu de cellules photoélectriques. Par contre, lorsque la frange se déplace, il se produit une rotation de phase du signal dérivé par rapport au signal de référence,
qui peut être prévue pour atteindre 3600 lorsque chaque frange traverse l'une quelconque ides rangées de cellules.
Le signal dérivé et le signal de référence sont appliqués à un instrument 16 réagissant au déphasage, par exemple aux deux enroulements triphasés d'un synchro-récepteur où le mouvement d'un rotor dé- place une aiguille sur une échelle. Avec un instru- ment de ce genre, il n'y a aucun mouvement du rotor ou de l'aiguille qui lui est raccordée, à moins d'un déphasage entre les vecteurs des champs tournants dans les deux enroulements triphasés, du fait de la a présence des deux signaux, auquel cas le rotor tournera afin de supprimer ce déphasage.
La position de l'aiguille correspondra par conséquent à la position d'une frange d'interférence par rapport au jeu de cellules et, si l'espacement entre les franges est prévu u de manière à correspondre, grâce à une gravure appropriée des traits de réseaux, à un déplacement du réseau de référence 8 de 0, 01 cm, par exemple, une rotation de l'aiguille de l'instrument correspondra à cette distance et, du fait que l'échelle est divisée en cent divisions égales, on obtiendra une lec- ture en unités de 0, 0001 cm.
II est évident que l'in- dication de l'instrument est celle de la position d'une frange d'interférence sur le jeu de cellules et que cette indication ne dépend pas du fait que l'aiguille doit tourner pour suivre le mouvement rapide du chariot de la machine-outil, comme cela serait le cas avec un dispositif de comptage conventionnel, car, aussitôt que le chariot s'arrête à un endroit quelconque de sa course, l'aiguille occupera une position indiquant celle de la frange. En d'autres termes, I'appareil est à lecture directe et complètement différent d'un dispositif de comptage.
Pour certains genres de commandes, où le signal dérivé est am plifié et sert à commander un moteur électrique synchrone, le signal peut être prévu de façon à suivre constamment tous les mouvements des franges, c'està-dire du chariot de la machine. Un dispositif appro- prié de lampes, de cellules photoélectriques et de réseaux de traits pour moduler la lumière de chaque lampe peut être utilisé pour mesurer de 0 à 0i, 01 cm.
On peut utiliser aussi d'autres moyen plus simples, par exemple un dispositif mécanique pouvant en outre servir à indiquer le mouvement du chariot en unités d'un centimètre. Avec l'appareil décrit, la position d'un chariot peut être indiquée à l'aide de trois cadrans, par exemple, l'un gradué en centimètre, I'autre en centièmes de centimètre et le troisième en dix-millièmes de centimètre.
II va de soi que certaines lampes produisent une lumière qui varie à une fréquence double de celle
de leur tension d'alimentation. Pour que le signal de
référence appliqué au récepteur ait la même fré-
quence que le signal dérivé, un doubleur de fré-
quence 17 peut être monté entre la source d'alimen
tation 15 et l'instrument 16.
Un important avantage du jeu de cellules photo
électriques représenté par la fig. 1 et de l'emploi de
franges s'étendant diagonalement sur ce jeu de cel
lules est que, du fait que les signaux de sortie des
trois cellules de chaque rangée sont combinés, ces
cellules peuvent être remplacées par une longue ou
par une courte cellule sur laquelle la lumière tra-
versant la fente respective du cache 10 est concen-
trée par une lentille. Un exemple d'une disposition
de ce genre est décrit ci-après en se référant aux
fig. 7 à 10.
Il n'est toutefois pas nécessaire que les cellules
soient disposées comme l'indique la fig. 1, car d'au
tres dispositions sont possibles.
La fig. 3 montre une autre disposition. Dans ce
cas, les cellules photoélectriquessontdésignéespar
les lettres a, b et c et les signaux de sorties des cel
lules désignées par la même lettre sont combinés
vectoriellement pour produire une phase d'un signal
de sortie. La fig. 3 correspond à la disposition de
la fig. 1, mais avec les jeux de cellules et les fentes
décalés de 900,, de sorte que les trois rectangles en
tourant des groupes de cellules correspondent aux
fentes 4, 5 et 6 du cache 7 de la fig. 1 et montrent
chacun les cellules qui sont éclairées par une lumière
de la même phase.
Les franges dont il est question ne sont pas de
simples franges de diffraction de Fresnel telles que
celles utilisées en interférométrie, mais des franges
d'un type plus compliqué produites par l'action réci-
proque de deux réseaux disposés l'un sur l'autre,
que ces réseaux soient grossiers ou fins. Ces franges
sont connues sous le nom de franges moirées.
Les franges moirées peuvent être divisées en
deux classes : (1) les franges obtenues avec deux ré
seaux grossiers placés très proches l'un de l'autre
de manière que les franges produites soient le résul-
tat d'un simple dessin d'ombres superposées les unes
aux autres, les lois approximatives régissant ces fran-
ges étant très simples ; (2) les franges obtenues avec
des réseaux très fins, espacés l'un de l'autre et pa
rallèles l'un à l'autre, comme dans le type (1), mais
à une distance telle que les lignes de Fresnel dues
au premier réseau viennent en phase optique avec
une seconde série de lignes de Fresnel dues au se
con, réseau.
Dans le cas (1), l'intensité de l'ombre suit une
simple loi linéaire, tandis que dans le cas (2) l'inten-
sité de l'ombre suit une loi sinusoïdale avec certains
harmoniques mineurs.
Les franges produites dans l'appareil décrit
peuvent être des deux types (1) et (2) ci-dessus.
Comme on utilise un déphasage dans le signal élec
trique obtenu à partir de, toute série donnée de cel Iules photo-électriques pour déterminer la position des franges, l'intensité de la lumière totale recueillie par chaque cellule doit suivre une loi simusoïdale relativement à la position du dessin des franges afin que la phase du signal combiné des trois cellules suive les mouvements des franges aussi fidèlement que possible. Si on utilise des franges du type (2), la relation sinusoïdale entre l'illumination et la a position du dessin des franges est inhérente aux franges moirées.
Si on utilise en revanche des franges du type (1), il est important que la lumière totale reçue par chaque cellule soit tielle qu'elle. suive étroitement une loi sinusoïdale relativement à la position des franges, ce qui peut être obtenu en illuminant la cellule par une surface du dessin des franges couvrant exactement un tiers de l'intervalle entre les franges mesuré dans la direction du mouvement des franges, en envoyant à la cellule la lumière d'une surface rectangulaire, et en inclinant les franges afin qu'elles soient parallèles à la diagonale de la surface rectangulaire.
On peut démontrer alors mathématiquement que chaque cellule suit une loi sinusoïdale relativement à la position des franges, avec une précision de 1/10000.
Supposons que le réseau de référence soit le réseau mobile et que le reste ide l'appareil, y compris le second réseau, soit fixe. Si le réseau de référence est déplacé d'une distance d, il se produit un mouvement agrandi du dessin des franges à travers les cellules, tel que m = d. r/s où ni est le mouvement du dessin des franges, r l'intervalle entre les franges et s l'intervalle entre les lignes du réseau de référence.
Si l'intensité de l'ombre sur la surface de la cellule suit une loi sinusoïdale, le niveau moyen d'illumination est modulé par la position de l'ombre de façon que i =L (l-sin) ou i est l'intensité d'illumination le long de toute ligne parallèle à l'incli- naison des franges, L le niveau moyen d'illumination sur tout le dessin des franges, et g = 2. ; c. mlr.
Quand les cellules sont disposées en trois rangées de trois et illuminées par trois lampes disposées les unes au-desssus des autres, une lampe illuminant individuellement une rangée de cellules a, b, c (fig. 3) et quand les lampes sont connectées aux trois phases d'une alimentation triphasée équilibrée et agencées pour donner une lumière qui varie de façon sinusoïdale à la fréquence d'alimentation, les signaux de sorties des trois cellules d'une rangée quelconque diffèrent en phase de ceux des autres rangées de la façon suivante :
el = k. E. sin?t
e., = k E sin ((ot+2z/3)
e = k.
E. sin (ogt+4z/3) où E. sinwt représente la tension appliquée et k est un facteur dépendant de la lumière sortant de chaque lampe et de la réponse de la cellule photoélectrique.
Ainsi, le signal de sortie de chaque cellule dépend de la phase de l'alimentation connectée à la a lampe qui illumine cette cellule et de la modulation introduite par l'ombre du dessin des franges. Le signal de sortie total de la cellule est l'intégrale des diverses intensités lumineuses tombant sur la cellule selon la position de chaque ombre de franges projetée sur cette cellule, multipliée par le facteur dé- pendant de la lumi¯re sortant de la lampe qui illumine ladite cellule. Par conséquent le signal de sortie, c'est-à-dire l'intensité de ce signal, provenant de toute cellule, contient les termes k. E. sincot. L . COS (p.
Supposons que les cellules soient également espacées et couvrent ensemble exactement un intervalle de franges, c'est-à-dire le domaine compris entre deux lignes d'ombre d'intensité maximum voi- sines et comprenant une ligne d'ombre d'intensité minimum, et que les intensités des ombres suivent une loi sinusoïdale, l'illumination des trois cellules aura la forme
il = L. cos c4,
i. cos (ç+2. Z/3)
i l = L. cos (Ti + 4. a/3)
Combinons les signaux de sortie des trois cellules d'une série pour former un signal de sortie monophasé (fig. 2), on a : e=k. E. sin o) t. L. cos (+ a)
+ k.
E. sin ( t+2. z/3). L. cos (cp-f-a-I-2n/3)
+k. E. sin ((ot-t 4. a/3). L. cos (c-I-a+4n/3)
= 3/2. k. E. L. sin (m-cp-a) ou a est une constante dépendant de la position initiale des franges à partir de laquelle la mesure est effectuée.
On voit que la phase du signal de sortie de la série combinée de trois cellules dépend directement de la position du dessin des franges.
De même, les signaux de sortie des cellules combinées d'une autre série quand ils sont combinés, forment un signal dont la phase diffère de celle du signal précédent seulement de 2nu/3, et les signaux de la troisième série de cellules forment un signal dont la phase diffère de 4?/3 du premier. Les trois signaux de sortie combinés forment alors les trois phases d'un signal de sortie triphasé équilibré dont la phase, par rapport à une source fixe de la même fréquence, telle que la source alimentant les lampes, dépend de la position du dessin des franges.
Dans les appareils qui comprennent des réseaux de traits légèrement inclinés l'un par rapport à l'autre, comme c'est le cas par exemple pour les appareils des fig. 1 et 3, il peut être préférable de faire en sorte que le réseau mobile soit placé avec ses traits à angles droits par rapport à la direction du mouvement, car cela évite un déplacement latéral du réseau, ce qui provoquerait un mouvement indési- rable des franges et pourrait fausser l'indication.
Dans une disposition de ce genre, le réseau de référence peut être légèrement incliné sur la direction du mouvement du réseau mobile, ce qui peut être prévu, par exemple, dans le cas de machines-outils s où ce réseau de traits est relativement long, afin de compenser la variation de longueur du réseau avec la température. Une telle compensation peut être obtenue à l'aide d'un dispositif sensible à la tem- pérature, de façon à modifier l'inclinaison du réseau et ainsi sa longueur effective au point de vue de la direction du mouvement.
Lorsque le réseau mobile est légèrement incliné par rapport au réseau fixe, il importe que le système soit prévu de façon que le réseau mobile glisse linéairement et tout à fait parallèlement à la longueur du réseau fixe, dans des guides fixés en relation avec le réseau fixe, plutôt que d'être maintenu exactement parallèle au sens de déplacement du membre mobile ou du chariot de la machine dans laquelle le dispositif de mesure est installé.
Lorsqu'une très grande précision est exigée, il est préférable de prévoir un dispositif qui compense les irrégularités dans le mouvement relatif des deux réseaux de traits, car ces irrégularités sont fortement amplifiées par les mouvements des franges.
C'est ainsi, par exemple, que de légères déviations de l'angle d'inclinaison correcte entre le réseau de référence et le réseau mobile, dans le cas de franges en diagonale jouant le rôle de vernier, selon fig. 1 et 3, peuvent provoquer de fortes déviations de l'angle de diagonale des franges. Dans ce cas, les erreurs peuvent être supprimées en doublant le dispositif de surfaces éclairées et, de cellules photoélec- triques et en faisant en sorte que les erreurs de l'un des dispositifs soient compensées par celles de l'au- tre.
La fig. 4 représente, à titre d'exemple, deux jeux de franges 20 et 21 inclinés de 45O sur la direction du mouvement du réseau mobile, mais sur des diagonales opposées, c'est-à-dire à angles droits l'un par rapport à l'autre, qui peuvent provenir de deux jeux de lampes, lentilles et cellules photoélectriques, la lecture s'opérant par un réseau de référence com mun, les cellules étant disposées comme l'indique la fig. 3, mais avec l'un des jeux inversé de gauche à droite par rapport à l'autre. Dans l'un des jeux, le réseau mobile est légèrement incliné dans le sens des aiguilles d'une montre et, dans l'autre jeu en sens inverse, afin que les directions en diagonale des franges soient opposées.
Les réseaux mobiles peuvent être gravés avec des angles d'inclinaison opposés et appropriés sur la même plaque transparente en verre ou autre, mais il est préférable d'avoir recours à la méthode plus simple qui consiste à utiliser deux plaques gravées d'une façon identique, mais placées indépendamment avec les inclinaisons opposées voulues, sur une coulisse com- mune. Pour plus de commodité et pour économiser de la place, les deux jeux sont montés côte à cote.
Des lentilles divergentes peuvent également permettre de n'utiliser qu'un seul jeu de lampes pour l'éclairage des deux systèmes de franges et, de même, un dispositif optique peut être prévu pour appliquer les deux systèmes à un seul jeu de cellules photoélectriques.
Cette disposition agit comme suit : lorsque la coulisse commune est légèrement déplacée dans un sens, par exemple dans celui des aiguilles d'une montre, les deux jeux de franges diagonales tourneront également dans le sens des aiguilles d'une montre, avec l'amplification mentionnée plus haut, pour atteindre les positions 20'et 21'. Cet écart de l'angle de 450 des franges a pour résultat que, dans les cellules représentées à la fig. 3, les franges se resserreront dans le système 20, le long d'une coordonnée parallèle à la direction du mouvement du réseau mobile, tandis que leur écartement demeurera inchangé le long d'une coordonnée perpendiculaire à ce mouvement.
Par contre, dans le cas des franges du système 21, l'écart de l'angle de 45O augmentera leurs écartements le long d'une coordonnée parallèle à la direction du mouvement.
Il en résultera une modification de la proportion d'énergie lumineuse reçue par l'un des groupes de cellules aaa, bbb, etc., d'une phase de l'éclairage, comparativement à l'énergie reçue des deux autres phases, ce qui dépend des positions momentanées des bandes claires et des bandes sombres dans les rectangles d'illumination, ces différences pouvant être opposées en prenant l'un de chacun des jeux de franges 20 et 21 et en l'opposant à sa paire com plémentaire de l'autre jeu de franges.
Jusqu'ici, on a admis, pour plus de simplicité, que l'appareil fonctionne avec un courant triphasé.
Il va toutefois de soi que le fonctionnement de l'ap- pareil ne dépend pas ide l'emploi de trois phases et qu'il est possible d'utiliser un nombre quelconque de phases, à partir de deux, pour l'alimentation, et à partir d'une phase pour les signaux de sortie des cellules photoélectriques ou d'autres dispositifs sensibles.
Une importante modification peut être apportée à l'appareil décrit, en ce sens qu'un signal de sortie monophasé peut être obtenu à partir des cellules photoélectriques. Si l'on considère la disposition décrite en se référant à la fig. 1, on peut prélever le signal de sortie d'un groupe de cellules a, b, c au lieu du groupe a', a", par exemple ; on a alors un signal monophasé, dont la phase se modifiera a en relation avec l'alimentation de référence, lorsque le jeu de franges se déplace exactement de la même façon et du même angle que le signal de sortie du transformateur triphasé 14.
Il est possible aussi de supprimer, par exemple, les cellules b et c, ainsi que le transformateur 14, et de combiner les trois cellules a', a", a'en une seule cellule, comme décrit plus haut. Le signal monophasé est converti de préférence en un signal triphase à l'aide d'un convertisseur tripElasé, pour être appliqué à l'instrument 16.
Outre une économie de coût et de poids de l'équipement, cette disposition présente l'avantage de ne pas être affectée par des variations mutuelles d'amplitude entre phases, pro venant de modifications dans un grand nombre d'amplificateurs ou de composants, ou dans des cellules photoélectriques, car toute modification intervenant dans le signal monophasé affecte uniformé- ment toutes les phases dans le signal de sortie poly phasée du convertisseur.
Dans une variante de cette disposition, une compensation pour ainsi dire totale des modifications dans les caractéristiques des lampes peut être ob- tenue en sus des avantages signalés ci-dessus. En se e référant à la fig. 5, qui représente de nouveau un système triphasé pour faciliter les explications, les signaux de sortie des trois cellules photoélectriques a, b, c, éclairées par les lampes respectives (non indiquées) excitées par les phases séparées d'une ali mentation triphasée, sont amplifiés séparément dans s des amplificateurs 24 dont les signaux de sortie sont appliqués à un convertisseur triphasé/monophasé 25.
Le signal de sortie monophasé de ce convertisseur est amplifié par un amplificateur 26 et le signal am plifié est appliqué à un deuxième convertisseur 27 qui fournit un signal triphasé à un instrument 28.
Cet instrument est également excité par l'alimentation triphasée des lampes. Au besoin, le signal de sortie de l'amplificateur 26 peut comporter un circuit 29 accordé à la fréquence fondamentale, ce qui réduira les effets des harmoniques.
Dans cette disposition, l'action du premier convertisseur 25 est de faire tourner le vecteur du signal de phase de chaque cellule photoélectrique de l'an- gle de 1200 requis pour combiner additivemen° les signaux polyphasés en un signal monophasé commun. Une modification de l'angle entre le signal de sortie monophasé du premier convertisseur et une phase du signal polyphasé est donc compensée par les modifications opposées de l'angle entre le signal de sortie monophasé et les autres phases du signal polyphasé.
L'amplitude du signal de sortie monophase combiné du premier convertisseur est natu- rellement affectée dans une certaine mesure qui peut être maintenue dans des limites raisonnables, même pour de très grandes modifications de l'intensité lumineuse d'une ou de plusieurs lampes, par limitation d'amplitude et/ou une commande de gain dans l'amplificateur ou les amplificateurs. D'ailleurs, comme cela a été expliqué plus haut, ces variations d'amplitude affectent uniformément toutes les phases du signal de sortie polyphasé du deuxième convertisseur 27, de sorte que la précision de l'indication fournie par l'instrument 28 n'en est pas affectée.
Par conséquent, une modification de l'intensité lumineuse d'une lampe n'affectera pas l'angle de rotation de phase produit par un mouvement donné des franges et même une extinction d'une lampe ne faussera pas sérieusement l'indication de l'instrument.
Au besoin, on peut renoncer au système d'éclai- rage polyphasé utilisé dans les formes d'exécution décrites dans ce qui précède. Le même résultat peut être obtenu, par exemple, en utilisant une source modulée de lumière constante, par l'interposition entre une unique lampe et les réseaux de traits d'un cylindre ou disque transparent, entraîné en synchro- nisme par un petit moteur à courant alternatif monophase pouvant servir de signal de référence, ce cylindre ou ce disque comportant des bandes opaques et des bandes transparentes, graduées sinusoïdale- ment, qui peuvent y être appliquées photographiquement ou par d'autres moyens.
Cette méthode présente l'avantage de supprimer des erreurs dues à des différences d'intensité lumineuses à différentes phases, comme cela peut se produire lorsqu'une lampe différente est utilisée pour chaque phase. Les graduations seraient disposées de manière à masquer successivement les fentes, pour simuler un éclairage par plusieurs lampes (trois dans ce cas) excitées par différentes phases d'une alimentation polyphasée, comme décrit plus haut.
II va de soi que l'appareil envisagé transforme le mouvement d'un jeu de franges, produit par le mouvement relatif entre deux réseaux de traits, en un signal électrique à modulation de phase, plutôt qu'en un signal à modulation d'amplitude selon certains systèmes connus.
L'emploi de signaux à modulation de phase offre de nombreux avantages, dont quelques-uns sont décrits ci-après.
Il est évident que les mouvements du jeu de franges modulent sinusoïdalement la lumière provenant de chaque lampe de phase et que, si la quantité de lumière projetée sur chaque cellule par chaque lampe de phase en passant par des parties uniformé- ment sombres du jeu de franges est d'une intensité égale, chaque phase des signaux combinés vectoriellement conservera une amplitude constante pour n'importe quelle position des. franges et n'importe quelle modification de phase. Ces signaux seront en outre exempts, pour ainsi dire, de distorsion ou d'harmoniques.
Un autre avantage de la méthode de lecture sans modification d'amplitude est que, à tous les stades de la transmission des signaux depuis n'importe quelle cellule photoélectrique ou groupe de cellules, les amplificateurs, composants ou autres organes sont soumis à une charge constante. De ce fait, il ne peut se produire aucune distorsion dans la modulation de phase du signal fondamental par suite d'une nonlinéarité des caractéristiques de transmission ou d'amplification. Tous ces organes peuvent donc être d'une construction simple.
Dans la plupart des formes d'exécution de l'appareil, des dispositifs sont prévus pour obtenir les intensités uniformes, en utilisant des collimateurs afin de maintenir les faisceaux sensiblement parallèles lors de leur passage à travers les réseaux de traits, en masquant et/ou en ajustant les tensions appliquées aux lampes et/ou en ajustant les cou- rants de sortie des cellules photoélectriques. Le masquage se fait en interposant entre les lampes et/ou les cellules photoélectriques un écran opaque percé de trous permettant à la lumière d'atteindre les ré seaux à traits ou de provenir de ceux-ci,
ces trous étant disposes de façon à couvrir les surfaces de travail du jeu de franges et ajustés de telle sorte que des quantités uniformes de lumière parviennent à ces surfaces. Les écrans de masquage servent à équilibrer les éléments d'éclairage, tandis que l'ajustage des tensions des lampes et des courants de sortie des cellules photoélectriques, par de simples dsise positifs électriques, tels que des rhéostats, des poten tiomètres, etc., sert à l'ajustage fin. On peut ainsi éliminer complètement les'harmoniques et la distor- sion, car la réponse effective de chaque cellule à chaque lampe successivement peut être contrôlée et équilibrée avec précision.
Cela permet également d'éliminer tous les effets nuisibles qu'une lumière ambiante ou des réflexions internes de l'appareil pourraient exercer sur la réponse des cellules photoélectriques.
Un autre avantage est que des changements d'amplitude d'un signal de phase, par rapport aux autres, comme cela pourrait se produire à la suite du remplacement d'un tube amplificateur ou d'un transistor ou d'une cellule photoélectrique ou d'un autre organe, ou par suite de différences dans les caractéristiques de vieillissement ou de température d'un composant ou d'un autre, peuvent être évités par une limitation d'amplitude, et/ou une commande automatique du gain, ou par réaction négative dans les amplificateurs.
Un autre avantage est que les transformateurs et autres équipements peuvent être complètement char gés et même surchargés sans perte de relation de phase entre les phases à la fréquence fondamentale, c'est-à-dire sans diminution de la précision de l'in- dication des mesures, ce qui permet de réduire consi- dérablement la grandeur de l'équipement et de minia- turiser les parties électriques de l'appareil.
Un autre avantage de la modulation de phase est que l'entretien de l'appareil est rendu plus simple et que la précision peut être plus facilement maintenue car, du fait que le signal est indépendant de l'amplitude en ce qui concerne la précision de l'in- formation qu'il porte, il est possible d'éliminer, par une limitation dans les étages d'amplification, toute influence affectant l'amplitude qui pourrait provenir de fluctuations de la tension d'alimentation des am plificateurs, etc., de modifications de performance des transistors ou cellules photoélectriques par suite de variations de température, de remplacement ou de vieillissement, etc.
En pratique, on peut admettre des modifications relativement considérables de l'amplitude du signal, c'est-à-dire de la puissance fournie au récepteur, pour autant que ces modifications demeurent dans le domaine de sensibilité du récepteur ou de l'indicateur, et des remplacements normaux d'organes usés ne nécessiteront pas d'ajustages pour conserver la précision.
Des principes tout à fait analogues à ceux qui régissent les réseaux de traits optiques sont applicables aux réseaux magnétiques, sous forme de bande magnétique et du ruban ou de fil d'acier. Dans ce cas, les réseaux consistent en zones parallèles, avec pôles N et S alternés, sur un matériau de base, de telle sorte que la polarité alterne dans le sens du mouvement relatif entre les deux réseaux.
Les zones aimantées ont la forme d'étroites zones de polarité alternée qui se présentent, dans le cas d'une bande ou d'un ruban, sous forme de lignes transversales ou, d'ans le cas d'un fil, sous forme de disques ou sections rapprochés les uns des autres et aimantés de manière que les pôles adjacents aient la même polarité. Le réseau de référence est aimanté à intervalles exactement réglés, comme dans le cas des réseaux à traits optiques, correspondant à une fraction convenable des unités avec lesquelles les mesures seront exprimées, par exemple 39, 4 pôles
N par centimètre, avec intercalation de 39, 4 pôles S par centimètre. D'autes intervalles quelconques peuvent être prévus sans que cela n'affecte le principe du fonctionnement.
Le réseau mobile est aimanté de la même façon, à des intervalles réguliers, de manière à obtenir un effet, de vernier lorsque les deux réseaux sont utilisés conjointement. C'est-à-dire que s'il faut, par exemple, un jeu d'interférence de pôles magnétiques avec un intervalle d'une unité par centimètre pour la tête de lecture, les intervalles du réseau mobile seront de 39, 7 pôles N et 39, 7 pôles S par centimètre ou de 39, 0 pôles N et 39, 0 pôles S par centimètre.
La disposition de ces deux réseaux à proximité immédiate l'un de l'autre a pour effet de produire des zones d'interférence de champ magnétique plus fort, alternant avec des zones de champ magnétique plus faible, selon que la zone se trouve dans une région où les actions des pôles N et S des deux réseaux s'ajoutent ou s'opposent.
Dans une disposition typique utilisant des réseaux magnétiques, le réseau de référence peut être une bande magnétique en matière plastique,commepour les enregistreurs magnétiques, tandis que le réseau vernier peut être une mince plaque d'acier aimanté d'une manière analogue. La bande constituant le réseau de référence est mobile, alors que le réseau vernier est fixe et légèrement incliné, afin de produire un jeu d'interférence magnétique incliné diagonalement. Près des réseaux superposés est disposé un jeu de neuf têtes magnétiques, du type à porte de flux, en carré, de, façon que les bandes d'interférence soient parallèles à une diagonale de ce carré et franchissent successivement cette diagonale lorsqu'elles se déplacent par suite du mouvement du réseau de référence.
Une tête magnétique est représentée à la fig. 6.
Elle comprend deux jambes 37 et 39 en matériau ferromagnétique, jointes à l'une des extrémités par une culasse et espacées à l'autre extrémité par un entrefer 34. Cet entrefer peut être libre ou être rempli avec un matériau non magnétique ou diamagnétique. Pour l'emploi, la tête magnétique est disposée de façon que l'entrefer soit étroitement ad jacent à l'un des réseaux magnétiques et aligné avec la diagonale du carré, qui est parallèle à une frange.
Entre leurs extrémités, les jambes sont reliées par un pontet 35 en matériau ferromagnétique à boucle d'hystérésis rectangulaire. La tête porte un enroulement primaire 36 sur la jambe 37 et un enroulement secondaire 38 sur la jambe 39, tandis qu'un autre enroulement 40, sur la culasse, est excité par une source de courant continu réglable 41 de façon que le flux dans le pontet 35 approche de la saturation.
Au besoin, un autre enroulement relié à la source 41 peut être disposé sur le pontet 35 et excité de façon à éviter un trop fort flux à travers l'entrefer 34.
Un courant alternatif formant une phase d'un signal de référence est appliqué à l'enroulement primaire 36, de façon qu'un faible champ alternatif soit superposé au champ magnétique constant dans le pontet 35 presque saturé et produise un flux fluctuant joignant l'enroulement secondaire 38 et y induisant une force électromotrice, alternative en syn chronisme. Le couplage efficace et la valeur de la force électromotrice induite dans l'enroulement secondaire 38 dépendent de la perméabilité effective du circuit magnétique qui joue le rôle d'un transformateur.
Des variations du champ magnétique à travers l'entrefer 34, par suite de changements dans la position du jeu d'interférence magnétique provenant des deux réseaux, modifient le degré de saturation du circuit du transformateur et par conséquent la force électromagnétique induite dans l'enroulement secondaire.
Comme dans le cas de la disposition optique représentée à la fig. 1, les éléments sensibles (qui sont alors les têtes magnétiques au lieu des cellules photoélectriques) sont interconnectés de façon que ceux qui répondent à une phase quelconque du signal de référence fournissent une sortie combinée. Pour cela, les neuf têtes magnétiques sont disposées par trois dans chaque colonne, ce qui donne trois ran gées de trois têtes. Les enroulements primaires de toutes les têtes magnétiques d'une colonne sont reliées à une phase d'une source triphasée, celles de la deuxième colonne le sont à la deuxième phase et celles de la troisième colonne à la troisième phase.
Les enroulements secondaires des trois têtes de chaque rangée sont interconnectés et chaque rangée fournit une phase d'un signal de sortie triphasé qui est appliqué, après amplification, à un phasemètre ou à un synchrorécepteur pour comparaison avec le signal de référence.
La disposition est donc essentiellement la même que celle qui a été décrite en relation avec un système optique, de sorte que de plus amples explications seraient superflues.
D'autres formes d'exécution vont être décrites afin de mieux faire comprendre les applications possibles.
La forme d'exécution représentée aux fig. 7 à 10 est une jauge de hauteur d'une construction conven- tonnelle modifiée. Cet instrument possède un socle
51 qui porte une colonne filetée 52, sur laquelle peut coulisser un cadre rigide 53 dans lequel une coulisse rectangulaire 54 porte un. palpeur 55 et peut glisser librement entre deux guides verticaux 56, sur des paliers à roulements à billes 57.
La coulisse 54 possède une fenêtre dans laquelle est fixée une échelle en verre 58 qui se déplace ver ticalement avec la coulisse dans un plan parallèle à un verre fixe 59 et est graduée photographiquement sur toute sa longueur, sur une moitié de l'une de ses faces, avec un réseau de référence 60 comportant 39, 4 traits horizontaux droits par centimètre.
Ces traits sont opaques à la lumière et ont la même largeur que l'intervalle qui les sépare, c'est-à-dire un rapport trait/espace de 1 : 1. Ce réseau de traits fait face à un réseau vernier semblable 61, comportant 39, 9 traits horizontaux par centimètre, avec le même rapport trait/espace de 1 : 1, sur la moitié de la face du verre vernier 59 opposée au réseau de traits de référence 60 et très rapprochée de celui-ci.
L'autre moitié de la même face du verre 58 porte, reproduites photographiquement, des échelles 62 codées d'un type binaire connu et constitue, conjointement à un réseau fixe 63, l'élément générateur de signaux d'un chiffreur numérique.
Trois lampes au néon 64, excitées chacune par une phase différente d'une alimentation triphasée à 50 Hz, sont disposées en une rangée horizontale, leurs axes étant espacés de 6, 3 mm, de façon à transmettre leur lumière à travers une lentille triple 65a, le réseau de référence 60, le réseau vernier 61 et une autre lentille triple 65b, pour éclairer trois cellules photoélectriques 66 disposées en colonne ver ticale, avec leurs axes espacés de 6, 3 mm.
Chacune des lentilles triples 65a et 65b consiste en trois simples lentilles plan-convexes identiques, chacune de forme rectangulaire, symétriquement autour de leur axe optique, d'une grandeur sensiblement égale à 19 X 6, 3 mm et cimentées ensemble par leurs faces planes à un verre de couverture, 1'ensemble formant une lentille triple carré de 19 mm de côté, avec trois axes optiques distants de 6, 3 mm.
Afin de réduire les effets de réflexions internes dans la combinaison des trois lentilles et de corriger de légères erreurs d'alignement des trois axes optiques de l'une ou l'autre des deux lentilles triples montées dans l'instrument, on peut prévoir un écran 67 percé de trois rangées de trois trous semblables et placé entre la lentille triple 65a la plus proche des lampes 64 et l'échelle de verre 58.
Le réseau de traits de référence 60 se déplace dans un plan proche de celui du réseau vernier 61.
Par suite de l'interférence de la lumière provenant des lampes 64 et traversant les deux réseaux de traits 60 et 61, il se produit un jeu de franges d'interférence sous forme de bandes rectilignes lumineuses et de bandes sombres, qui modifient l'éclairage des cellules photoélectriques 66. Les franges ont un espacement vertical de 19 mm, soit trois fois l'espace ment axial des cellules photoélectriques, et en pIa çant le réseau vernier 61 avec un léger angle par rapport au réseau de référence 60, les franges sont disposées de façon à être inclinées d'un angle de 45 , de sorte qu'elles ont également un espacement horizontal de 19 mm, ce qui correspond à trois fois l'espacement horizontal axial, des lampes 64.
Les lampes 64, les lentilles 65, l'écran 67 et les cellules photoélectriques 66 sont placés de telle sorte que l'axe de la lampe centrale, l'axe central de la lentille triple 65a, le centre du trou central de l'écran 67, 1'axe optique central de la lentille triple 65b et l'axe de la cellule photoélectrique centrale 66 soient tous dans la même ligne perpendiculaire aux plans des réseaux de traits 60 et 61 et sonsiblement au centre du jeu de franges. Ainsi, les axes des trois lampes 64 et les trois axes optiques de la lentille triple 65a coincident et sont dans le même plan horizontal, tandis que les axes des trois cellules photoélectriques 66 coïncident et sont dans le même plan vertical que les axes optiques de la lentille triple 65b.
Chaque lampe 64 est espacée de la lentille triple 65a de manière que son centre se trouve sensiblement au foyer de l'élément de lentille 65a correspondant, ce qui produit un faisceau de lumière rec tangulaire collimaté qui traverse les réseaux de traits 60 et 61, puis pénètre dans la lentille triple 65b.
De même, les cellules. photoélectriques 66 sont placées individuellement avec les centres de leurs éléments sensibles à la lumière situés aux foyers des trois s éléments de la lentille 65b.
Ainsi, la lumière de chaque lampe 64, qui traverse l'élément respectif de la lentille 65a, est divisée par les trois déments de la lentille 656 en trois faisceaux qui convergent vers les trois cellules photoélectriques 66. Afin de réduire la dispersion de la lumière, chaque lentille triple peut être fixée à l'ex- trémité d'un tube carré 73, bien ajusté, et noirci à l'intérieur, s'étendant parallèlement à l'axe central du système.
Le jeu de franges est ainsi limité à celle des parties qui se trouve à l'intérieur de la surface carrée couverte par les lentilles triples 65a et 65b, cette surface étant subdivisée en neuf sections carrées de 6. 3 mm de côté, disposées symétriquement
en trois rangées de trois, qui sont plus ou moins
obscurcies diagonalement par les bandes opaques du jeu de franges.
Un déplacement vertical de la coulisse 54 dé- placera verticalement le réseau de traits 60, ce qui
produira un déplacement vertical amplifié des franges
et, comme on le sait, tout mouvement du réseau 60
qui se poursuit fait passer verticalement des. franges
claires et opaques entre les lentilles, en ordre cycli
que, chaque cycle correspondant à un déplacement
de 2, 54 centièmes de centimètre de la coulisse rec
tangulaire 54. Lorsque cette coulisse'est stationnaire,
les franges demeureront stationnaires dans le champ
des deux lentilles 65, dans une position qui dépend
de la position verticale relative des deux réseaux de
traits 60 et 61.
Quelle que soit la position des franges, la quantité totale de lumière qui atteint un élément de cellule photoélectrique demeure la même, car elle est captée par l'élément correspondant de la lentille, en alignement avec son axe, la longueur de l'élément de lentille correspondant à l'écartement entre les franges dans le sens de leur longueur, c'est- à-dire horizontalement, et également parce que la lumière provenant des lampes 64 est collimatée uni- formément sur la surface occupée par l'élément de lentille.
Par suite de légères différences entre l'une ou l'autre des lampes 64 et différenbes parties de l'élé- ment de lentille qui collimate la lumière de cotte lampe, il peut y avoir des différences dans la quantité totale de lumière qui atteint une cellule photoélec- trique 66, par rapport à celle qui atteint une autre cellule. Ces différences peuvent être largement com- pensées par de légères modifications de la grandeur des trous dans une colonne verticale de l'écran 67, afin que la quantité Ide lumière traversan ; t cette oo ;- lonne soit la même que celle traversant chacune des deux autres colonnes. Normalement, les trous dans la colonne centrale des trous seront un peu plus petits que ceux des autres colonnes.
De même, la quantité de lumière dirigée sur l'une des cellules photoélectriques par l'élément de lentille correspondant tend à être légèrement plus. grande depuis le centre de l'élément que depuis les côtés de celui-ci. Cela peut également être corrigé en, rendant les trous de la rangée horizontale de trous dans. l'écran 67 lé- gèrement plus. petits que ceux des rangées horizontales supérieure et inférieure. Le plus petit des trous de l'écran 67 sera ainsi le trou central, tandis que les trous les plus grands seront ceux situés aux angles du jeu de neuf trous.
Pour obtenir un ajustement encore plus fin, lors de l'assemblage d'un instrument, l'intensité de la lumière fournie par chaque lampe 64 peut également être réglée par un simple dispositif électrique et la réponse de chaque cellule photoélectrique peut être égalisée par un simple dispositif électrique.
De même, d'autres différences dans 1'éclairage des cellules photoélectriques, qui pourraient survenir en pratique par suite de réflexions par les côtés des tubes carrés ou par d'autres parties de l'appareil ou pour d'autres causes, peuvent être supprimées.
Si l'on considère la quantité de lumière atteignant une cellule photoélectrique 66, la part reçue des trois lampes 64 diffère d'une lampe à l'autre, selon la position des parties opaques du jeu de franges. Si une lampe 64a est masquée au maximum de variation entre différentes parties du jeu de franges, du fait qu'une bande opaque se trouve exactement diago- nalement à travers l'élément carré de 6, 3 mm du champ de la lentille qui relie cette cellule photoélectrique à la lampe 64a, le reste de la lumière qui atteint la cellule photoélectrique proviendra unifor- mément des deux autres lampes et cette lumière sera plus intense depuis ces deux lampes que depuis la lampe 64a partiellement masquée.
Lorsque la bande opaque se. déplace légèrement de cette position, la lumière provenant de la lampe 64a augmentera, de même que celle provenant de l'une des autres lampes, par exemple de la lampe 64c et, du fait que la quantité totale de lumière atteignant la cellule photoélectrique doit demeurer constante, la lumière provenant de la troisième lampe 64b diminuera en conséquence.
Lorsque les franges se déplacent d'une façon continue, la quantité de lumière atteignant l'une quelconque des cellules photoélectriques variera selon une loi sinusoïdale cyclique, pour chaque lampe 64 successivement, ceci selon la direction de passage des bandes par rapport à l'ordre dans lequel les trois lampes 64 sont placées. Etant donné que l'am- pleur de la réponse des cellules photoélectriques correspondant à chaque lampe est égale en moyenne, ces variations cycliques sinusoïdales de l'intensité de lumière suivront exactement le mouvement linéaire des franges, et les pointes de la courbe sinusoïdale d'intensité lumineuse selon le mouvement linéaire seront d'égale amplitude pour toutes les trois sources de lumière.
Ce système fournit ainsi une méthode de division optique de la surface carré de 19 mm du jeu de franges exploré par les lampes 64 et les cellules photoélectriques 66 en neuf carrés égaux de 6, 3 mm de côté, en n'utilisant que trois lampes et trois cellules photoélectriques, au lieu de la méthode décrite en regard de la fig. 1 et qui prévoit neuf cellules.
En excitant les lampes avec les trois phases d'une alimentation triphasée équilibrée, c'est-à-dire avec des phases de tension efficace identique et espacées vectoriellement entre elles de 1200, on obtiendra un signal de sortie triphasé équilibré de trois cellules photoélectriques.
Comme cela a été expliqué plus haut, la relation de phase entre le signal de sortie triphasé des cellules photoélectriques 66 et le signal d'entrée triphasé des lampes 64 dépend de la position des franges et, lorsque la coulisse 54 est déplacée sur chaque distance successive de 2, 54 centièmes de centimètre avec déplacement conséquent du jeu de franges verticalement sur chaque 19 mm successif, la relation de phase entre le signal de sortie triphasé des cellules photoélectriques et le signal d'entrée triphasé des lampes tournera vectoriellement d'une révolution complète, c'est-à-dire de 3600.
Cette rotation de phase est indiquée par un récepteur, comme. décrit précédemment, dans lequel se produit un mouvement relatif de 3600 entre une échelle et une aiguille. En subdivisant l'échelle en cent divisions, la position des traits du réseau de référence 60, par rapport aux traits du réseau vernier 61 fixe, est indiquée avec une précision correspondant à un centième de l'intervalle entre traits successifs du réseau de référence 60. Cet intervalle étant de 2, 54 centièmes de centimètre dans cet ins- trument, chaque division de l'échelle du récepteur indiquera, devant l'aiguille, des déplacements de la coulisse 54 correspondant à 2, 34 dix-millièmes de centimètre.
En estimant à une fraction d'une division la position indiquée par l'aiguille sur l'échelle du récepteur, on peut estimer des valeurs de l'ordre du dix-millième de centimètre et le palpeur 55 peut être utilisé pour mesurer des hauteurs au-dessus d'un niveau de référence approprié variant de 2, 54 centièmes de centimètre avec une précision de l'ordre du dix-millième de centimètre.
Dans une variante de cet instrument, une seule cellule photoélectrique 66 est utilisée, de préférence dans la position centrale des trois cellules indiquées par la fig. 10, et comme cela a déjà été décrit, le signal de sortie monophasé de cette cellule, amplifiée au besoin, est converti en signal triphasé à l'aide d'un convertisseur.
Dans cette méthode qui consiste à n'utiliser qu'une seule cellule photoélectrique (et un seul am plificateur), le signal de sortie de la cellule photoélectrique est un signal composé, étant la résultante des composantes de phase dont les amplitudes dif fèrent selon les quantités de lumière respectives re çues depuis les trois lampes le signal composé est amplifié et résolu en un signal triphasé par le convertisseur, et la phase du signal triphasé relativement à la suite par laquelle les lampes sont excitées est une fonction de la position des franges.
Lorsque trois cellules photoélectriques 66 sont utilisées, avec ou sans amplificateurs, des variations du signal de sortie de l'une ou l'autre des trois phases fourni au récepteur, par rapport au signal l provenant des deux autres cellules photoélectriques, affectera la précision de l'indication du récepteur, parce que la longueur du vecteur tournant qui correspond à cette phase changera par rapport aux longueurs des vecteurs correspondant aux deux autres phases provenant des deux autres cellules photoélectriques 66 et de leurs amplificateurs. Pour supprimer cet effet, on prévoit une limitation d'amplitude ou une commande automatique du gain dans les trois amplificateurs, afin que le signal de sortie de chaque phase soit sensiblement constant.
Après avoir décrit les méthodes qui permettent de mesurer les mouvements de la coulisse 54 et du palpeur 55 en fractions d'un intervalle de trait, il y a lieu de décrire la manière de détecter et d'indiquer convenablement les mouvements plus grossiers, correspondant à plusieurs dixièmes de millimètre, à plusieurs millimètres ou à plusieurs centimètres, etc.
Cela s'effectue en utilisant une paire d'échelles codées 62, produites photographiquement sur la même plaque de verre 58 que le réseau de traits de référence 60 conjointement à un réseau fixe 63, à une source de lumière 68 et à un jeu de cellules photoélectriques 70, de façon à constituer un chiffreur numérique linéaire. La construction et le fonctionnement d'un tel dispositif étant bien connus, une description serait superflue.
Dans le cas de ! a variante de cet instrument représentée aux fig. 11 à 13, les réglures du réseau de référence 60 s'étendent sur toute la largeur de la plaque de verre 58, maintenue dans le cadre 54, tandis que le reseau vernier comprend deux parties séparées 73a et 73b, disposées comme cela a été dé- crit en se référant à la fig. 4. Les lampes, les cellules photoélectriques et les équipements auxiliaires nécessaires sont disposés de la même façon que pour l'instrument des fig. 7 à 10, la disposition permettant à nouveau de mesurer des fractions de molli- mètre. Toutefois, dans ce cas, les mouvements plus grossiers sont indiqués par des moyens différents.
Dans les deux instruments selon les fig. 7 à 10 et 11 à 13, le cadre 54 est suspendu à un ruban d'acier qui passe sur une poulie 76 et est attaché à un contrepoids 78. Dans 1'instrument selon les fig. 11 à 13, la poulie 76 est portée par un arbre 82.
Un disque 84 portant des échelles appropriées, par exemple à code binaire, est fixé à un arbre 82 et se meut par rapport un réticule 86, de façon à interrompre le passage de la lumière entre une lampe 88 et une cellule photoélectrique 90. Cette disposition est également une forme bien connue de chiffreur, de sorte qu'une plus ample. description serait superflue.
La rotation de l'arbre 82 pour déplacer le cadre 54 et amener le palpeur 55 en contact avec un échantillon à. mesurer s'effectue à l'aide du bouton 92, qui est directement relié à l'arbre 82, ou à l'aide du bouton 94 qui entraîne l'arbre 82 par un réduc- teur à engrenages épicycloïdal d'une forme connue.
Une caractéristique de cette disposition est que la poulie 76 n'est pas solidaire de l'arbre 82, mais est accouplée à celui-ci par un ressort en spirale 98.
Lorsque l'arbre 82 est tourné pour amener le palpeur en contact avec un. échantillon à mesurer, la poulie 76 cessera de tourner et une plus ample rotation de l'arbre 82 bandera le ressort, ce qui a pour effet d'augmenter la pression exercée par le palpeur sur l'échantillon. Le degré, de pression est indiqué par une aiguille 100 sur une échelle 102 (fig. 11), cette aiguille étant entraînée par un synchrorécepteur excité par un synchrotransmetteur, qui comporte un rotor 104 solidaire de la poulie 76 et un stator 106 solidaire de l'arbre 82.
La fig. 14 est le schéma fonctionnel du circuit électrique des deux instruments. Ce circuit comprend un stabilisateur de tension 110 recevant la puissance d'une source monophasée et, alimentant de façon stable un redresseur 111 qui alimente en courant continu des amplificateurs 112 du signal de sortie des cellules photoélectriques 113, un chiffreur 114, avec amplificateur et relais 115, un synchrotransmetteur
116 et un convertisseur 117, qui alimente en triphasé des lampes 118, ainsi qu'un doubleur de fréquence
119 alimentant un récepteur 120.
Cette figure in
dique également une connexion entre le récepteur
120 et le système d'amplificateurs et de relais 115 du chiffreur, qui fonctionne de la manière connue, afin d'éviter une ambiguïté dans l'indication numé- rique, lorsque l'un des chiffres passe de 9 à 0. Dans ce but, le rotor du récepteur peut être disposé de façon à fournir un signal au dispositif de relais, lorsque son aiguille passe par la position zéro.
Il peut être également utile de faire en sorte que l'aiguille du récepteur tourne de 180 pour chaque 2, 54 cen tièm. de centimètre, auquel cas cette aiguille peut être doublée et les deux moitiés de l'échelle marquées en rouge et en noir, respectivement, de manière que les nombres impairs des divisions soient indiqués sur l'une des échelles d'une couleur et les nombres pairs sur l'échelle de l'autre couleur.
Il va de soi que l'indication numérique et la plupart des équipements électriques et électroniques peuvent être logés dans un coffret relié à l'instrument par un câble.
Les s fig. 15 et 16 montrent une forme d'exécution constituée par une tête de division. Celleci comprend une table 130 qui peut tourner sur une base 131, la périphérie de la table étant supportée sur la base par des roulements à billes 132. La table comporte une bride 133 dirigée vers le bas et dont la face interne porte un réseau de traits de référence 134, de préférence sous forme d'un ruban d'acier gradué. Un réseau vernier, étroitement adjacent au réseau de référence 134, est formé sur la face externe incurvée d'une plaque de verre 135.
La lumière de trois lampes 138. passe à travers les fentes 139 et les collimateurs 140 et éclaire le réseau vernier et le réseau de référence 134, tandis que la lumière réfléchie par le réseau de référence traverse les lentilles 141 et est focalisée sur les trois cellules photoélectriques 142, les transmission par les chemins requis s'opérant de préférence à l'aide d'un pris, me 143. La façon dont les cellules photoélec- triques, les réseaux de traits et les lampes coopèrent pour fournir le signal voulu, lorsqu'un mouvement relatif des réseaux se produit, est exactement la même que celle décrite précédemment en se référant aux fig. 7 à 10, de sorte qu'il serait superflu de la décrire à nouveau.
Cette disposition illustre l'emploi d'un réseau de traits réfléchissant, au lieu d'un réseau transmetteur, et il va de soi que, dans certains cas, il peut être avantageux. d'utiliser deux réseaux réfléchissants.
Alors que l'appareil. décrit concerne la mesure d'une position ou d'un mouvement, il est évident que l'appareil pourrait être agencé pour effectuer une opération de commande quand un mouvement se produit.
Par conséquent, le récepteur ou l'instrument indicateur peut être remplacé, dans certains cas, par un moteur triphasé d'un type approprié, capable d'effectuer une opération mécanique. De même, le mouvement du récepteur ou de l'instrument indicateur peut servir à actionner une forme. appropriée de chiffreur, des signaux d'impulsion, de forme codée étant fournis pour permettre d'effectuer une opération de commande ou de produire une bande perforée.
Apparatus for determining the extent of relative motion
The object of the present invention is an apparatus for determining the extent of a relative movement between two parts, in particular an apparatus indicating the movement with high precision.
For the control of machine tools, for example, it is possible to produce, using relative movements of screens or other equivalent devices, amplified movements of interference fringes of electromagnetic energy, in particular light waves, and to count the number of fringes passing through a read head, for example when moving a carriage of the machine tool. These methods require a relatively complicated counting apparatus, the accuracy of which is limited to the spacing of the lines of the frame serving as a reference.
In a known system, an arrangement of photoelectric cells in quadrature in a read head makes it possible to increase the resolving power up to four times, which remains limited by the lines of the frame. The resolving power can be increased by using finer screens, but very fine screens are hardly safe to use. It is indeed very difficult to work with networks comprising more than 400 lines per centimeter and, even with this large number of lines, the resolving power which can be achieved n is only 0, 025 mm: 4 = 0, 0065 mm, using quadrature photocells.
In addition, it is difficult to avoid ambiguity of the readings and it is then necessary to count the fringes from a reference point, in order to obtain a reading of the measurement, unless a memory system is used. , which further increases the complication.
One of the aims of the present invention is to provide an apparatus which makes it possible to measure easily and with certainty a relative movement or a relative position, using networks of relatively coarse and consequently uncomplicated lines, while obtaining a power. resolution much greater than the counting methods allow.
Such a movement can be evaluated by reading one or more dials, which can be calibrated directly in units of consideration.
The apparatus forming the subject of the invention comprises two superimposed networks, each mounted fixed with respect to one of the parts, arranged. to produce a set of interference fringes, the instantaneous position of which relative to a fixed reference is a function of the relative position of the parts, of the detector means sensitive to the. position of the fringes and operable to produce a periodic signal phase-shifted, relative to a reference signal, by an angle proportional to the displacement of the fringes from a reference position, and a phase-sensitive device for compare the relative phases of the reference signal.
This apparatus is charac terized in that it comprises means for selecting rectangular surfaces of the set of fringes, these surfaces spaced in the direction of the movement to be measured, each extending a distance of one third of the length. interval between two consecutive fringes, the detector means being arranged with respect to these surfaces so that the periodic signal is the result of the components whose respective amplitudes differ according to the position of the fringes with respect to the surfaces, and in that the networks are oriented one relative to the other so that the fringes extend parallel to a diagonal of each of the surfaces.
In practice, the movement of an interference fringe over a distance corresponding to the separation between the adjacent fringes can be provided so as to produce a phase, i.e. vector, rotation of the derived signal, relatively to the reference signal, of 360 "for example, and if this movement is planned to correspond to the real distance of 0.1 mm for example, one revolution of the rotor will correspond to this distance and, by making the rotor moves a needle on a scale divided into one hundred units, we can read directly in 0, 001 mm.
The apparatus according to the invention can also have a very high resolving power by dividing the interval between the successive lines of a reference network, this division being limited only by the sensitivity of the indicating device and by the number of divisions that can appear on the dial which indicates the last digits. If, for example, a reference network is used. at 200 lines per centimeter and an indicator whose dial has 200 divisions, it can be read directly in units of 0, 00025 mm. Even greater resolving power can be obtained with even finer gratings or with a greater number of divisions on the dial or even by phase multiplication.
The appended drawing represents, by way of example, some embodiments of the apparatus which is the subject of the invention and of the variants:
fig. 1 is a schematic perspective view of a first embodiment,
fig. 2 is a functional diagram showing in a simplified form the electrical circuit of this embodiment,
fig. 3 shows a variant of a device shown in FIG. 1,
fig. 4 schematically shows a variant of the device according to FIG. 3,
fig. 5 is the circuit diagram of a second embodiment,
fig. 6 is a view of a magnetic head which can be used in an embodiment with magnetic networks,
fig.
7 is an elevational view, partially in section, of a third embodiment,
fig. 8 is a section, on a larger scale, along 8-8 of FIG. 7,
fig. 9 is a section on 9-9 of FIG. 8,
fig. 10 is a section through 10-10 of FIG. 8,
fig. 11 is a partial elevational view of a variant of the embodiment shown in FIGS. 7 to 10,
fig. 12 is a section, on a larger scale, of the upper part of the variant shown in FIG. 11,
fig. 13 is a partial side view corresponding to FIG. 11,
fig. 14 is the functional diagram of the embodiment and of the variant of FIGS. 7 to 10 and 11 to 13,
fig.
15 is a partial section of a fourth embodiment, and
fig. 16 is a section partly along A-A and partly along B-B of FIG. 15.
In the apparatus to be described, any form of electromagnetic energy capable of producing interference fringes can be used, but for simplicity the apparatus will be described first in the form using light. When it comes to measuring the motion of a machine tool carriage, interference fringes can be produced using an array of reference lines, which can be a ruler attached to the cradle of the machine, while 'a rule carried by the carriage moves in the immediate vicinity of the network of reference lines. These two networks are superimposed and the interference fringes produced by transmitted light.
Fig. 1 schematically represents an apparatus using transmitted light and FIG. 2 is the circuit diagram in a simplified form.
Three lamps 1, 2 and 3, which each operate in one phase of a three-phase system, are arranged to illuminate three elongated slots 4, 5 and 6 formed in a cover 7, extending parallel to each other and transversely the direction of movement to be measured. Two networks of superimposed lines, viz. a mobile reference array 8 and a fixed array 9 acting as a vernier, the line spacing of which is slightly different to produce vernier fringes, are arranged behind these slots and in front of a second cover 10 with three slots 11, 12 and 13 extending in the direction of movement of the reference network 8.
Finally, behind the slots 11, 12 and 13 of the cover 10 are three rows of three photocells d, a "and a", b'b "and b" ', and c', c "and c" extending in the direction of movement. The term “superimposed networks” is understood to mean two networks arranged close to one another so as to be illuminated by the same light beam which successively passes through these networks. The lines of one of the networks can be parallel to those of the other network or form a small angle with them. The two gratings are arranged so that their lines are slightly inclined, so that the vernier fringes form diagonally on the photoelectric cells.
The lines of the gratings are further arranged so that the distance between the interference fringes covers just a complete row of photocells and the inclination is such that when one fringe just approaches the set of cells. , for example from cell a 'in the first row, the immediately adjacent fringe on one side has just left cell c' in the third row.
The output signal of the three cells of each row is vectorly combined and the three signals thus obtained are combined in a three-phase transformer 14 (Fig. 2), so as to produce a three-phase derivative output signal. As long as there is no movement, this three-phase signal is in synchronism with the referen signal, this trphase, that is to say the feed, t, ation of lamps 1, 2 and 3 by a source 15, although there may be a delay or lead, depending on the position of the fringe on the photocell set. On the other hand, when the fringe moves, there is a phase rotation of the derivative signal with respect to the reference signal,
which can be predicted to reach 3600 as each fringe passes through any of the rows of cells.
The derivative signal and the reference signal are applied to an instrument 16 responsive to the phase shift, for example to the two three-phase windings of a synchro-receiver where the movement of a rotor moves a needle on a scale. With an instrument of this kind, there is no movement of the rotor or of the needle connected to it, unless there is a phase shift between the vectors of the rotating fields in the two three-phase windings, due to the the presence of both signals, in which case the rotor will turn in order to eliminate this phase shift.
The position of the needle will therefore correspond to the position of an interference fringe with respect to the set of cells and, if the spacing between the fringes is provided u so as to match, through appropriate etching of the lines of networks, at a displacement of the reference network 8 of 0.01 cm, for example, a rotation of the needle of the instrument will correspond to this distance and, since the scale is divided into one hundred equal divisions, we will obtain a reading in units of 0, 0001 cm.
It is obvious that the indication of the instrument is that of the position of an interference fringe on the set of cells and that this indication does not depend on the fact that the needle must turn to follow the rapid movement. machine tool carriage, as would be the case with a conventional counting device, since as soon as the carriage stops at any point in its stroke the needle will occupy a position indicating that of the fringe. In other words, the apparatus is direct reading and completely different from a counting device.
For certain kinds of controls, where the derivative signal is amplified and serves to control a synchronous electric motor, the signal can be provided so as to constantly follow all the movements of the fringes, that is to say of the carriage of the machine. A suitable device of lamps, photocells and line arrays to modulate the light from each lamp can be used to measure from 0 to 0.01 cm.
Other simpler means can also be used, for example a mechanical device which can additionally serve to indicate the movement of the carriage in units of one centimeter. With the apparatus described, the position of a carriage can be indicated with the aid of three dials, for example, one graduated in centimeters, the other in hundredths of a centimeter and the third in ten thousandths of a centimeter.
It goes without saying that certain lamps produce a light which varies at a frequency twice that
of their supply voltage. For the signal to
reference applied to the receiver has the same fre-
frequency than the derivative signal, a frequency doubler
quence 17 can be mounted between the power source
tation 15 and instrument 16.
An important advantage of the photocell set
electrical represented by FIG. 1 and the use of
bangs extending diagonally on this cel set
lules is that, because the output signals of the
three cells from each row are combined, these
cells can be replaced with a long or
by a short cell on which the light passes
pouring the respective slot of the cover 10 is concentrated
through a lens. An example of a layout
of this kind is described below with reference to
fig. 7 to 10.
However, it is not necessary that the cells
are arranged as shown in fig. 1, because of
very arrangements are possible.
Fig. 3 shows another arrangement. In this
case, the photoelectric cells are designated by
the letters a, b and c and the output signals of the cel
lules designated by the same letter are combined
vectorially to produce a phase of a signal
Release. Fig. 3 corresponds to the layout of
fig. 1, but with cell sets and slots
offset by 900 ,, so that the three rectangles
groups of cells correspond to
slots 4, 5 and 6 of the cover 7 in fig. 1 and show
each cells which are illuminated by a light
of the same phase.
The fringes in question are not
simple Fresnel diffraction fringes such as
those used in interferometry, but fringes
of a more complicated type produced by reciprocal action
proque of two networks arranged one on the other,
whether these networks are coarse or fine. These fringes
are known as moire fringes.
Moiré fringes can be divided into
two classes: (1) the fringes obtained with two d
coarse buckets placed very close to each other
so that the fringes produced are the result of
tat of a simple drawing of superimposed shadows
to others, the approximate laws governing these fran-
ges being very simple; (2) the fringes obtained with
very fine networks, spaced apart from each other and
converge to each other, as in type (1), but
at a distance such that the Fresnel lines due
to the first network come in optical phase with
a second series of Fresnel lines due to the
con, network.
In case (1), the intensity of the shadow follows a
simple linear law, while in case (2) the inten-
sity of the shadow follows a sinusoidal law with certain
minor harmonics.
The fringes produced in the apparatus described
can be of the two types (1) and (2) above.
As a phase shift is used in the electric signal
tric obtained from, any given series of photoelectric cells to determine the position of the fringes, the intensity of the total light collected by each cell must follow a simusoidal law relative to the position of the pattern of the fringes so that the phase of the combined signal of the three cells follows the movements of the fringes as closely as possible. If one uses fringes of the type (2), the sinusoidal relation between the illumination and the position of the pattern of the fringes is inherent in the moire fringes.
If, on the other hand, fringes of type (1) are used, it is important that the total light received by each cell is independent of itself. closely follows a sinusoidal law relative to the position of the fringes, which can be achieved by illuminating the cell with a surface of the fringe pattern covering exactly one-third of the interval between the fringes measured in the direction of motion of the fringes, sending light the cell of a rectangular surface, and tilting the fringes so that they are parallel to the diagonal of the rectangular surface.
We can then demonstrate mathematically that each cell follows a sinusoidal law relative to the position of the fringes, with a precision of 1/10000.
Suppose the reference network is the mobile network and the rest of the device, including the second network, is fixed. If the reference grating is moved by a distance d, there is an enlarged motion of the fringe pattern through the cells, such that m = d. r / s where ni is the motion of the pattern of the fringes, r the interval between the fringes and s the interval between the lines of the reference network.
If the intensity of the shadow on the cell surface follows a sinusoidal law, the average level of illumination is modulated by the position of the shadow so that i = L (l-sin) or i is the illumination intensity along any line parallel to the slope of the fringes, L the average level of illumination over the entire pattern of the fringes, and g = 2.; vs. mlr.
When the cells are arranged in three rows of three and illuminated by three lamps arranged one above the other, one lamp individually illuminating a row of cells a, b, c (fig. 3) and when the lamps are connected to the three phases of a balanced three-phase supply and arranged to give a light which varies sinusoidally at the supply frequency, the output signals of the three cells of any row differ in phase from those of the other rows as follows:
el = k. E. sin? T
e., = k E sin ((ot + 2z / 3)
e = k.
E. sin (ogt + 4z / 3) where E. sinwt represents the applied voltage and k is a factor depending on the light coming out of each lamp and the response of the photoelectric cell.
Thus, the output signal of each cell depends on the phase of the power supply connected to the lamp which illuminates this cell and on the modulation introduced by the shadow of the pattern of the fringes. The total output signal of the cell is the integral of the various light intensities falling on the cell according to the position of each shadow of fringes projected on this cell, multiplied by the factor dependent on the light coming out of the lamp which illuminates said cell. Therefore the output signal, that is to say the intensity of this signal, coming from any cell, contains the terms k. E. sincot. L. COS (p.
Suppose the cells are equally spaced and together cover exactly one fringe interval, that is, the area between two neighboring maximum intensity shadow lines and including one minimum intensity shadow line , and that the intensities of the shadows follow a sinusoidal law, the illumination of the three cells will have the form
il = L. cos c4,
i. cos (ç + 2. Z / 3)
i l = L. cos (Ti + 4.a / 3)
Combine the output signals of the three cells in a series to form a single-phase output signal (fig. 2), we have: e = k. E. sin o) t. L. cos (+ a)
+ k.
E. sin (t + 2. Z / 3). L. cos (cp-f-a-I-2n / 3)
+ k. E. sin ((ot-t 4. a / 3). L. cos (c-I-a + 4n / 3)
= 3/2. k. E. L. sin (m-cp-a) or a is a constant depending on the initial position of the fringes from which the measurement is made.
It can be seen that the phase of the output signal of the combined series of three cells depends directly on the position of the pattern of the fringes.
Likewise, the output signals of the combined cells of another series when combined, form a signal whose phase differs from that of the previous signal only by 2nu / 3, and the signals of the third series of cells form a signal. whose phase differs by 4? / 3 from the first. The three output signals combined then form the three phases of a balanced three-phase output signal whose phase, with respect to a fixed source of the same frequency, such as the source supplying the lamps, depends on the position of the pattern of the fringes. .
In devices which include arrays of lines that are slightly inclined with respect to one another, as is the case for example for the devices of FIGS. 1 and 3, it may be preferable to arrange for the mobile network to be placed with its lines at right angles to the direction of movement, as this avoids lateral displacement of the network, which would cause unwanted movement of the networks. fringes and could distort the indication.
In such an arrangement, the reference network can be slightly inclined to the direction of movement of the mobile network, which can be expected, for example, in the case of machine tools where this network of lines is relatively long, in order to compensate for the variation in network length with temperature. Such compensation can be obtained by means of a device sensitive to temperature, so as to modify the inclination of the network and thus its effective length from the point of view of the direction of movement.
When the mobile network is slightly inclined with respect to the fixed network, it is important that the system is planned so that the mobile network slides linearly and completely parallel to the length of the fixed network, in guides fixed in relation to the fixed network , rather than being kept exactly parallel to the direction of movement of the movable member or the carriage of the machine in which the measuring device is installed.
When very high precision is required, it is preferable to provide a device which compensates for the irregularities in the relative movement of the two arrays of lines, since these irregularities are greatly amplified by the movements of the fringes.
It is thus, for example, that slight deviations from the correct angle of inclination between the reference network and the mobile network, in the case of diagonal fringes playing the role of vernier, according to fig. 1 and 3, can cause strong deviations of the diagonal angle of the fringes. In this case, the errors can be suppressed by doubling the device with illuminated surfaces and photocells and by having the errors of one device compensated for by those of the other.
Fig. 4 represents, by way of example, two sets of fringes 20 and 21 inclined at 45O on the direction of movement of the mobile network, but on opposite diagonals, that is to say at right angles to each other with respect to the other, which can come from two sets of lamps, lenses and photoelectric cells, the reading taking place by a common reference network, the cells being arranged as shown in fig. 3, but with one of the sets reversed from left to right relative to the other. In one game, the mobile network is tilted slightly clockwise, and in the other game counterclockwise, so that the diagonal directions of the fringes are opposite.
Movable arrays can be etched with opposite and appropriate tilt angles on the same transparent plate of glass or the like, but the simpler method of using two plates etched identically is preferred. , but placed independently with the desired opposite inclinations, on a common slide. For convenience and to save space, the two sets are mounted side by side.
Divergent lenses can also allow only one set of lamps to be used for the illumination of the two fringe systems and, likewise, an optical device can be provided to apply both systems to a single set of photocells.
This arrangement works as follows: When the common slide is moved slightly in one direction, for example clockwise, the two sets of diagonal fringes will also rotate clockwise, with the amplification mentioned above, to reach the 20 'and 21' positions. This deviation from the angle of 450 of the fringes results in that in the cells shown in FIG. 3, the fringes will tighten in system 20, along a coordinate parallel to the direction of movement of the mobile network, while their spacing will remain unchanged along a coordinate perpendicular to this movement.
On the other hand, in the case of the fringes of the system 21, the deviation from the angle of 45O will increase their spacings along a coordinate parallel to the direction of movement.
This will result in a modification of the proportion of light energy received by one of the groups of cells aaa, bbb, etc., of one phase of the lighting, compared to the energy received from the other two phases, which depends on the momentary positions of the light bands and the dark bands in the illumination rectangles, these differences being able to be opposed by taking one of each of the sets of fringes 20 and 21 and by opposing it to its complementary pair of the another set of bangs.
Hitherto, it has been accepted, for the sake of simplicity, that the apparatus operates with a three-phase current.
It goes without saying, however, that the operation of the apparatus does not depend on the use of three phases and that it is possible to use any number of phases, from two, for the supply, and from a phase for the output signals of photocells or other sensitive devices.
A significant modification can be made to the described apparatus, in that a single phase output signal can be obtained from the photocells. If we consider the arrangement described with reference to FIG. 1, we can take the output signal from a group of cells a, b, c instead of the group a ', a ", for example; we then have a single-phase signal, the phase of which will change a in relation to l 'reference power supply, when the set of fringes moves in exactly the same way and at the same angle as the output signal of the three-phase transformer 14.
It is also possible to eliminate, for example, cells b and c, as well as the transformer 14, and to combine the three cells a ', a ", a' into a single cell, as described above. The single-phase signal is preferably converted to a three-phase signal using a three-phase converter, to be applied to instrument 16.
In addition to saving the cost and weight of the equipment, this arrangement has the advantage of not being affected by mutual variations in amplitude between phases, resulting from modifications in a large number of amplifiers or components, or in photoelectric cells, because any change in the single-phase signal affects all phases in the poly-phase converter output signal uniformly.
In a variation of this arrangement, virtually full compensation for changes in the characteristics of the lamps may be obtained in addition to the advantages noted above. Referring to fig. 5, which again represents a three-phase system for ease of explanation, the output signals of the three photoelectric cells a, b, c, illuminated by the respective lamps (not shown) excited by the separate phases of a three-phase supply, are amplified separately in s amplifiers 24 whose output signals are applied to a three-phase / single-phase converter 25.
The single-phase output signal from this converter is amplified by an amplifier 26 and the amplified signal is applied to a second converter 27 which supplies a three-phase signal to an instrument 28.
This instrument is also excited by the three-phase power supply to the lamps. If necessary, the output signal of amplifier 26 can include a circuit 29 tuned to the fundamental frequency, which will reduce the effects of harmonics.
In this arrangement, the action of the first converter 25 is to rotate the phase signal vector of each photocell by the 1200 angle required to additionally combine the polyphase signals into a common single phase signal. A change in the angle between the single-phase output signal from the first converter and a phase of the polyphase signal is therefore compensated for by opposing changes in the angle between the single-phase output signal and the other phases of the polyphase signal.
The amplitude of the combined single-phase output signal of the first converter is naturally affected to a certain extent which can be kept within reasonable limits even for very large changes in the light intensity of one or more lamps, by amplitude limitation and / or gain control in the amplifier or amplifiers. Moreover, as has been explained above, these variations in amplitude uniformly affect all the phases of the polyphase output signal of the second converter 27, so that the precision of the indication supplied by the instrument 28 does not. is not affected.
Therefore, a change in the light intensity of a lamp will not affect the phase rotation angle produced by a given movement of the fringes, and even turning off a lamp will not seriously distort the indication of the instrument.
If necessary, the polyphase lighting system used in the embodiments described in the above can be dispensed with. The same result can be obtained, for example, by using a modulated source of constant light, by the interposition between a single lamp and the arrays of lines of a transparent cylinder or disc, driven in synchronism by a small motor. single-phase alternating current being able to serve as a reference signal, this cylinder or this disc comprising opaque bands and transparent bands, sinusoidally graduated, which can be applied thereto photographically or by other means.
This method has the advantage of eliminating errors due to differences in light intensity at different phases, as can occur when a different lamp is used for each phase. The graduations would be arranged so as to successively mask the slits, to simulate lighting by several lamps (three in this case) excited by different phases of a polyphase supply, as described above.
It goes without saying that the envisaged apparatus transforms the movement of a set of fringes, produced by the relative movement between two networks of lines, into an electrical signal with phase modulation, rather than into an amplitude-modulated signal. according to certain known systems.
The use of phase modulated signals offers many advantages, some of which are described below.
It is evident that the motions of the fringe set sinusoidally modulate the light coming from each phase lamp and that if the amount of light projected onto each cell by each phase lamp passing through uniformly dark parts of the fringe set is of equal intensity, each phase of the vectorially combined signals will maintain constant amplitude for any position of. fringes and any phase modification. These signals will also be free, so to speak, of distortion or harmonics.
Another advantage of the amplitude-free reading method is that at all stages of signal transmission from any photocell or group of cells, amplifiers, components, or other components are subjected to a constant load. . Therefore, no distortion can occur in the phase modulation of the fundamental signal due to nonlinearity of the transmission or amplification characteristics. All these organs can therefore be of a simple construction.
In most embodiments of the apparatus, devices are provided for obtaining uniform intensities, using collimators to keep the beams substantially parallel as they pass through the arrays of lines, masking and / or by adjusting the voltages applied to the lamps and / or by adjusting the output currents of the photoelectric cells. The masking is done by interposing between the lamps and / or the photoelectric cells an opaque screen pierced with holes allowing the light to reach the line networks or to come from them,
these holes being arranged to cover the working surfaces of the fringe set and adjusted so that uniform amounts of light reach these surfaces. The masking screens are used to balance the lighting elements, while the adjustment of the voltages of the lamps and the output currents of the photoelectric cells, by simple positive electrical connections, such as rheostats, potentiometers, etc., is used for fine adjustment. Harmonics and distortion can thus be completely eliminated, since the effective response of each cell to each lamp in turn can be precisely controlled and balanced.
It also eliminates any deleterious effects that ambient light or internal reflections from the device might have on the response of the photocells.
Another advantage is that changes in the amplitude of one phase signal, relative to others, as might occur as a result of replacing an amplifier tube or a transistor or a photocell or d another organ, or as a result of differences in aging or temperature characteristics of one component or another, can be avoided by amplitude limitation, and / or automatic gain control, or by feedback negative in amplifiers.
Another advantage is that transformers and other equipment can be fully loaded and even overloaded without losing phase relation between phases at fundamental frequency, i.e. without decreasing the accuracy of the indication. measurements, which makes it possible to considerably reduce the size of the equipment and to minimize the electrical parts of the apparatus.
Another advantage of phase modulation is that the maintenance of the apparatus is made simpler and the accuracy can be more easily maintained because, since the signal is independent of the amplitude with respect to the accuracy of the information that it carries, it is possible to eliminate, by a limitation in the amplification stages, any influence affecting the amplitude which could come from fluctuations in the supply voltage of the amplifiers, etc. , changes in the performance of transistors or photoelectric cells as a result of temperature variations, replacement or aging, etc.
In practice, it is possible to admit relatively considerable modifications of the amplitude of the signal, that is to say of the power supplied to the receiver, as long as these modifications remain within the range of sensitivity of the receiver or of the indicator, and normal replacements of worn parts will not require adjustments to maintain accuracy.
Principles quite similar to those which govern networks of optical lines are applicable to magnetic networks, in the form of magnetic tape and tape or steel wire. In this case, the networks consist of parallel zones, with alternating N and S poles, on a base material, such that the polarity alternates in the direction of the relative movement between the two networks.
The magnetized zones have the form of narrow zones of alternating polarity which appear, in the case of a strip or a ribbon, in the form of transverse lines or, in the case of a wire, in the form of discs or sections close together and magnetized so that the adjacent poles have the same polarity. The reference grating is magnetized at exactly set intervals, as in the case of gratings with optical lines, corresponding to a suitable fraction of the units with which the measurements will be expressed, for example 39, 4 poles
N per centimeter, with an intercalation of 39, 4 S poles per centimeter. Any other intervals may be provided without this affecting the principle of operation.
The mobile network is magnetized in the same way, at regular intervals, so as to obtain a vernier effect when the two networks are used together. That is, if, for example, a magnetic pole interference set is required with an interval of one unit per centimeter for the read head, the intervals of the mobile network will be 39.7 poles N and 39, 7 S poles per centimeter or 39.0 N poles and 39.0 S poles per centimeter.
The arrangement of these two networks in close proximity to each other has the effect of producing areas of interference of stronger magnetic field, alternating with areas of weaker magnetic field, depending on whether the area is in a region where the actions of the N and S poles of the two networks are added or opposed.
In a typical arrangement using magnetic arrays, the reference array may be a plastic magnetic tape, as in magnetic recorders, while the vernier array may be a thin plate of steel magnetized in a similar fashion. The band constituting the reference grating is mobile, while the vernier grating is fixed and slightly inclined, in order to produce a set of magnetic interference inclined diagonally. Near the superimposed networks is placed a set of nine magnetic heads, of the flux gate type, in a square, so that the interference bands are parallel to a diagonal of this square and successively cross this diagonal when they move. as a result of the movement of the reference network.
A magnetic head is shown in fig. 6.
It comprises two legs 37 and 39 made of ferromagnetic material, joined at one end by a yoke and spaced at the other end by a gap 34. This gap can be free or be filled with a non-magnetic or diamagnetic material. For use, the magnetic head is arranged so that the air gap is tightly adjacent to one of the magnetic arrays and aligned with the diagonal of the square, which is parallel to a fringe.
Between their ends, the legs are connected by a bridge 35 made of ferromagnetic material with a rectangular hysteresis loop. The head carries a primary winding 36 on the strut 37 and a secondary winding 38 on the strut 39, while another winding 40, on the yoke, is excited by an adjustable direct current source 41 so that the flow in the trigger guard 35 is approaching saturation.
If necessary, another winding connected to the source 41 can be placed on the jumper 35 and energized so as to avoid too much flow through the air gap 34.
An alternating current forming a phase of a reference signal is applied to the primary winding 36 so that a weak alternating field is superimposed on the constant magnetic field in the almost saturated bridge 35 and produces a fluctuating flux joining the winding. secondary 38 and inducing there an electromotive force, alternating in syn chronism. The effective coupling and the value of the electromotive force induced in the secondary winding 38 depend on the effective permeability of the magnetic circuit which acts as a transformer.
Variations in the magnetic field across the air gap 34, as a result of changes in the position of the magnetic interference set from the two networks, change the degree of saturation of the transformer circuit and therefore the electromagnetic force induced in the winding secondary.
As in the case of the optical arrangement shown in FIG. 1, the sensitive elements (which are then the magnetic heads instead of the photocells) are interconnected so that those which respond to any phase of the reference signal provide a combined output. For this, the nine magnetic heads are arranged in threes in each column, which gives three rows of three heads. The primary windings of all the magnetic heads of a column are connected to one phase of a three-phase source, those of the second column are connected to the second phase and those of the third column to the third phase.
The secondary windings of the three heads of each row are interconnected and each row provides a phase of a three-phase output signal which is applied, after amplification, to a phasemeter or a synchreceiver for comparison with the reference signal.
The arrangement is therefore essentially the same as that which has been described in relation to an optical system, so that further explanation would be superfluous.
Other embodiments will be described in order to better understand the possible applications.
The embodiment shown in FIGS. 7 to 10 is a height gauge of a modified conventional construction. This instrument has a base
51 which carries a threaded column 52, on which can slide a rigid frame 53 in which a rectangular slide 54 carries a. feeler 55 and can slide freely between two vertical guides 56, on ball bearings 57.
The slide 54 has a window in which is fixed a glass scale 58 which moves vertically with the slide in a plane parallel to a fixed glass 59 and is photographically graduated over its entire length, over one half of one of its sides. faces, with a reference grating 60 comprising 39, 4 straight horizontal lines per centimeter.
These lines are opaque to the light and have the same width as the interval between them, that is to say a line / space ratio of 1: 1. This network of lines faces a similar vernier network 61, comprising 39.9 horizontal lines per centimeter, with the same line / space ratio of 1: 1, on half of the face of the vernier glass 59 opposite to the array of reference lines 60 and very close to it.
The other half of the same face of the glass 58 carries, photographically reproduced, coded scales 62 of a known binary type and constitutes, together with a fixed network 63, the signal generating element of a digital encryptor.
Three neon lamps 64, each excited by a different phase of a three-phase 50 Hz power supply, are arranged in a horizontal row, their axes being spaced 6.3 mm apart, so as to transmit their light through a triple lens 65a , the reference grating 60, the vernier grating 61 and another triple lens 65b, to illuminate three photoelectric cells 66 arranged in a vertical column, with their axes spaced 6.3 mm apart.
Each of the triple lenses 65a and 65b consists of three single identical plano-convex lenses, each rectangular in shape, symmetrically around their optical axis, of a size substantially equal to 19 X 6.3 mm and cemented together by their flat faces at a cover glass, the assembly forming a triple square lens of 19 mm side, with three optical axes separated by 6.3 mm.
In order to reduce the effects of internal reflections in the combination of the three lenses and to correct slight errors in the alignment of the three optical axes of one or the other of the two triple lenses mounted in the instrument, a screen can be provided. 67 pierced with three rows of three similar holes and placed between the triple lens 65a closest to the lamps 64 and the glass scale 58.
The array of reference lines 60 moves in a plane close to that of the vernier array 61.
As a result of the interference of the light coming from the lamps 64 and passing through the two arrays of lines 60 and 61, a set of interference fringes occurs in the form of rectilinear bands of light and of dark bands, which modify the lighting. photocells 66. The fringes have a vertical spacing of 19 mm, that is, three times the axial space of the photocells, and by placing the vernier grating 61 at a slight angle with respect to the reference grating 60, the fringes are arranged so as to be inclined at an angle of 45, so that they also have a horizontal spacing of 19 mm, which is three times the axial horizontal spacing, of the lamps 64.
The lamps 64, the lenses 65, the screen 67 and the photocells 66 are placed so that the axis of the central lamp, the central axis of the triple lens 65a, the center of the central hole of the screen 67, the central optical axis of the triple lens 65b and the axis of the central photocell 66 are all in the same line perpendicular to the planes of the arrays of lines 60 and 61 and sonibly in the center of the set of fringes. Thus, the axes of the three lamps 64 and the three optical axes of the triple lens 65a coincide and are in the same horizontal plane, while the axes of the three photoelectric cells 66 coincide and are in the same vertical plane as the optical axes of the triple lens 65b.
Each lamp 64 is spaced from the triple lens 65a so that its center is substantially at the focus of the corresponding lens element 65a, which produces a collimated tangular beam of light which passes through the line arrays 60 and 61, then enters the triple lens 65b.
Likewise, the cells. Photoelectric 66 are individually placed with the centers of their light sensitive elements located at the foci of the three elements of the lens 65b.
Thus, the light from each lamp 64, which passes through the respective element of the lens 65a, is divided by the three demented elements of the lens 656 into three beams which converge towards the three photoelectric cells 66. In order to reduce the scattering of the light , each triple lens may be attached to the end of a tight fitting square tube 73, and blackened on the inside, extending parallel to the central axis of the system.
The set of fringes is thus limited to that of the parts which are inside the square surface covered by the triple lenses 65a and 65b, this surface being subdivided into nine square sections of 6.3 mm side, arranged symmetrically.
in three rows of three, which are more or less
darkened diagonally by the opaque bands of the fringe set.
A vertical displacement of the slide 54 will move the array of lines 60 vertically, which
will produce an amplified vertical displacement of the fringes
and, as we know, any movement of the network 60
which continues makes pass vertically. fringes
clear and opaque between the lenses, in cyclic order
that, each cycle corresponding to a displacement
2.54 hundredths of a centimeter from the recessed slide
tangular 54. When this slide is stationary,
the fringes will remain stationary in the field
of the two lenses 65, in a position which depends
the relative vertical position of the two networks of
lines 60 and 61.
Regardless of the position of the fringes, the total amount of light that reaches a photocell element remains the same, as it is picked up by the corresponding element of the lens, in alignment with its axis, the length of the lens element. lens corresponding to the distance between the fringes lengthwise, i.e. horizontally, and also because the light from the lamps 64 is collimated uniformly on the surface occupied by the lens element .
Due to slight differences between either of the lamps 64 and different parts of the lens element which collimates the light from that lamp, there may be differences in the total amount of light which reaches one. photoelectric cell 66, compared to that which reaches another cell. These differences can be largely compensated for by slight changes in the size of the holes in a vertical column of screen 67, so that the amount of light passes through; t this oo; - lonne is the same as that crossing each of the other two columns. Normally the holes in the center column of the holes will be a little smaller than those in the other columns.
Likewise, the amount of light directed at one of the photocells by the corresponding lens element tends to be slightly more. large from the center of the element than from the sides of it. This can also be corrected by, making the holes the horizontal row of holes in. the screen 67 slightly more. smaller than those in the upper and lower horizontal rows. The smaller of the holes in the screen 67 will thus be the central hole, while the larger holes will be those located at the corners of the set of nine holes.
To achieve an even finer adjustment, when assembling an instrument, the intensity of the light supplied by each lamp 64 can also be adjusted by a simple electrical device and the response of each photocell can be equalized by a simple electrical device.
Likewise, other differences in the illumination of the photocells, which in practice might arise as a result of reflections from the sides of the square tubes or from other parts of the apparatus or for other causes, can be eliminated. .
Considering the amount of light reaching a photocell 66, the part received from the three lamps 64 differs from lamp to lamp, depending on the position of the opaque parts of the set of fringes. If a lamp 64a is masked for maximum variation between different parts of the fringe set, because an opaque band lies exactly diagonally across the 6.3 mm square element of the lens field which connects this photocell to lamp 64a, the rest of the light reaching the photocell will come uniformly from the other two lamps and this light will be more intense from these two lamps than from the partially masked lamp 64a.
When the opaque band turns. slightly shifted from this position, the light from lamp 64a will increase, as will that from one of the other lamps, for example from lamp 64c and, since the total amount of light reaching the photocell must remain constant, the light from the third lamp 64b will decrease accordingly.
When the fringes move continuously, the quantity of light reaching any one of the photoelectric cells will vary according to a cyclic sinusoidal law, for each lamp 64 successively, this according to the direction of passage of the bands with respect to the order. in which the three lamps 64 are placed. Since the magnitude of the response of the photocells corresponding to each lamp is equal on average, these sinusoidal cyclic variations in light intensity will exactly follow the linear motion of the fringes, and the peaks of the sinusoidal curve of Light intensity according to linear motion will be of equal amplitude for all three light sources.
This system thus provides a method of optically dividing the 19 mm square area of the fringe set explored by lamps 64 and photocells 66 into nine equal squares with a side of 6.3 mm, using only three lamps and three photoelectric cells, instead of the method described with reference to fig. 1 and which provides for nine cells.
By energizing the lamps with the three phases of a balanced three-phase power supply, that is to say with phases of identical rms voltage and vectorially spaced from each other by 1200, a balanced three-phase output signal from three photoelectric cells will be obtained.
As explained above, the phase relationship between the three-phase output signal of the photocells 66 and the three-phase input signal of the lamps 64 depends on the position of the fringes and, when the slide 54 is moved each successive distance of 2.54 hundredths of a centimeter with consequent displacement of the set of fringes vertically on each successive 19 mm, the phase relation between the three-phase output signal of the photoelectric cells and the three-phase input signal of the lamps will turn vectorially one complete revolution , that is to say from 3600.
This phase rotation is indicated by a receiver, such as. previously described, in which there is a relative movement of 3600 between a scale and a needle. By subdividing the scale into one hundred divisions, the position of the lines of the reference grating 60, relative to the lines of the fixed vernier grating 61, is indicated with a precision corresponding to one hundredth of the interval between successive lines of the reference grating 60 This interval being 2.54 hundredths of a centimeter in this instrument, each division of the scale of the receiver will indicate, in front of the needle, movements of the slide 54 corresponding to 2.34 ten-thousandths of a centimeter.
By estimating to a fraction of a division the position indicated by the needle on the receiver scale, values of the order of ten-thousandth of a centimeter can be estimated and the probe 55 can be used to measure heights at above an appropriate reference level varying from 2.54 hundredths of a centimeter with an accuracy of the order of ten thousandth of a centimeter.
In a variant of this instrument, a single photoelectric cell 66 is used, preferably in the central position of the three cells indicated by FIG. 10, and as has already been described, the single-phase output signal of this cell, amplified if necessary, is converted into a three-phase signal using a converter.
In this method which consists in using only one photoelectric cell (and a single amplifier), the output signal of the photoelectric cell is a compound signal, being the result of phase components whose amplitudes differ according to the respective amounts of light received from the three lamps the compound signal is amplified and resolved into a three phase signal by the converter, and the phase of the three phase signal relative to the result by which the lamps are energized is a function of the position of the fringes.
When three photocells 66 are used, with or without amplifiers, variations in the output signal of either of the three phases supplied to the receiver, relative to the signal l from the other two photocells, will affect the accuracy of the indication of the receiver, because the length of the rotating vector which corresponds to this phase will change with respect to the lengths of the vectors corresponding to the other two phases coming from the two other photoelectric cells 66 and their amplifiers. To eliminate this effect, an amplitude limitation or automatic gain control is provided in the three amplifiers, so that the output signal of each phase is substantially constant.
After having described the methods which make it possible to measure the movements of the slide 54 and of the probe 55 in fractions of a line interval, it is necessary to describe how to detect and properly indicate the coarser movements, corresponding to several tenths of a millimeter, several millimeters or several centimeters, etc.
This is done using a pair of coded scales 62, produced photographically on the same glass plate 58 as the reference line array 60 together with a fixed array 63, a light source 68, and a set of cells. photoelectric 70, so as to constitute a linear digital encryptor. The construction and operation of such a device being well known, a description would be superfluous.
In the case of ! a variant of this instrument shown in FIGS. 11 to 13, the rulings of the reference array 60 extend over the entire width of the glass plate 58, held in the frame 54, while the vernier array comprises two separate parts 73a and 73b, arranged as has been set out. - written with reference to fig. 4. The lamps, photocells and necessary auxiliary equipment are arranged in the same way as for the instrument of fig. 7 to 10, the arrangement again allowing fractions of a mollimeter to be measured. However, in this case, the coarser movements are indicated by different means.
In the two instruments according to fig. 7-10 and 11-13, frame 54 is suspended from a steel tape which passes over pulley 76 and is attached to a counterweight 78. In the instrument according to Figs. 11 to 13, the pulley 76 is carried by a shaft 82.
A disc 84 carrying appropriate scales, for example with a binary code, is fixed to a shaft 82 and moves relative to a reticle 86, so as to interrupt the passage of light between a lamp 88 and a photoelectric cell 90. This arrangement is also a well-known form of encryptor, so that a more ample. description would be superfluous.
Rotation of shaft 82 to move frame 54 and bring probe 55 into contact with a sample. the measurement is carried out with the aid of the button 92, which is directly connected to the shaft 82, or with the aid of the button 94 which drives the shaft 82 through an epicyclic gear reducer of known form.
A characteristic of this arrangement is that the pulley 76 is not integral with the shaft 82, but is coupled to the latter by a spiral spring 98.
When the shaft 82 is rotated to bring the probe into contact with a. sample to be measured, pulley 76 will stop rotating and further rotation of shaft 82 will stress the spring, which has the effect of increasing the pressure exerted by the probe on the sample. The degree of pressure is indicated by a needle 100 on a scale 102 (fig. 11), this needle being driven by a synchreceptor excited by a synchrotransmitter, which comprises a rotor 104 integral with the pulley 76 and a stator 106 integral with the 'tree 82.
Fig. 14 is the functional diagram of the electrical circuit of the two instruments. This circuit comprises a voltage stabilizer 110 receiving power from a single-phase source and, stably supplying a rectifier 111 which supplies direct current to amplifiers 112 of the output signal of photoelectric cells 113, an encryptor 114, with amplifier and relay 115, a synchrotransmitter
116 and a converter 117, which supplies three-phase lamps 118, as well as a frequency doubler
119 feeding a receiver 120.
This figure in
also indicates a connection between the receiver
120 and the encryption amplifier and relay system 115, which operates in the known manner, in order to avoid ambiguity in the digital indication, when one of the digits changes from 9 to 0. For this purpose , the rotor of the receiver can be arranged so as to provide a signal to the relay device when its needle passes through the zero position.
It may also be helpful to have the needle on the receiver turn 180 for every 2.54 cent. centimeter, in which case this needle can be doubled and the two halves of the scale marked in red and black, respectively, so that the odd numbers of the divisions are indicated on one of the scales of one color and the numbers peers on the scale of the other color.
It goes without saying that the digital indication and most electrical and electronic equipment can be housed in a box connected to the instrument by a cable.
The s fig. 15 and 16 show an embodiment constituted by a dividing head. This comprises a table 130 which can rotate on a base 131, the periphery of the table being supported on the base by ball bearings 132. The table has a flange 133 directed downwards and the inner face of which bears an array of lines. reference 134, preferably in the form of a graduated steel tape. A vernier grating, closely adjacent to the reference grating 134, is formed on the curved outer face of a glass plate 135.
The light from three lamps 138. passes through the slits 139 and the collimators 140 and illuminates the vernier grating and the reference grating 134, while the light reflected from the reference grating passes through the lenses 141 and is focused on the three cells. photoelectric 142, with transmissions over the required paths preferably taking place using a plug, me 143. The way in which photocells, line arrays and lamps work together to provide the desired signal, when 'a relative movement of the networks occurs, is exactly the same as that previously described with reference to figs. 7 to 10, so it would be superfluous to describe it again.
This arrangement illustrates the use of a reflective line array, instead of a transmitting network, and it goes without saying that, in certain cases, it can be advantageous. to use two reflective networks.
While the device. described relates to the measurement of a position or a movement, it is obvious that the apparatus could be arranged to perform a control operation when a movement occurs.
Therefore, the receiver or indicating instrument may be replaced, in some cases, by a three-phase motor of a suitable type, capable of performing mechanical operation. Likewise, movement of the receiver or indicating instrument can be used to actuate a shape. encoder, pulse signals, coded form being provided to enable a control operation to be performed or a perforated tape to be produced.