L'objet de la présente invention est un interféromètre pour la mesure de mouvements rotatifs, en particulier de mouvements rotatifs très lents tels que celui, par exemple, d'un télescope.
Le but de l'invention consiste à agencer un tel interféromètre de manière qu'il soit capable de livrer des mesures très précises, mais qu'il soit néanmoins relativement peu coûteux.
Selon l'invention, ce but est atteint par un interféromètre, caractérisé en ce qu'il comprend un rotor tourillonné dans un boîtier, destiné à recevoir le mouvement rotatif qu'il s'agit de mesurer et pourvu d'une surface annulaire plane qui est inclinée sur l'axe de rotation, au moins un palpeur guidé dans un perçage du boîtier pour être mobile dans une direction parallèle audit axe de rotation, sollicité par un ressort l'appuyant par l'une de ses extrémités sur ladite surface inclinée, et pourvu à son autre extrémité d'une surface réfléchissante perpendiculaire à ladite direction, une source de lumière à laser, contituée par un laser à semi-conducteur, des moyens optiques de réflexion, un photodétecteur placé à l'emplacement où un rayon de référence et un rayon de mesure qui a été réfléchi par la surface réfléchissante du palpeur interférent,
et un dispositif électronique d'élaboration d'une donnée numérique affichable.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
L'unique figure est une vue schématique comprenant une coupe longitudinale partielle de la partie mécanique.
L'interféromètre représenté au dessin comprend une partie mécanique avec un boîtier 1, 2 dans lequel est tourillonné un rotor 3 destiné à recevoir, par sa partie 3a, le mouvement rotatif, qu'il s'agit de mesurer. La partie 3b de ce rotor 3 est pourvue d'une surface annulaire 4 qui est parfaitement plane et inclinée sur l'axe de rotation du rotor 3. La partie supérieure 1 du boîtier présente deux perçages 5 dont les axes se trouvent à distances égales de celui du rotor 3. Des palpeurs 6 et 7 sont guidés dans ces per çages et sollicités chacun par un ressort 8 pour être appuyés par l'une de leurs extrémités (I'extrémité inférieure dans le dessin) sur la surface 4. L'autre extrémité de chaque palpeur 6, 7 est munie d'un miroir plan 9 ou 10, respectivement, dont la surface réfléchissante est perpendiculaire à la direction du mouvement des palpeurs.
Dans sa partie non mécanique, l'interféromètre comprend un laser à semi-conducteur 11 qui peut être un laser à impulsions ou un laser à fonctionnement continu. Une lentille 12 forme avec le rayonnement émis par ce laser 11 un faisceau parallèle qu'un diaphragme 13 à deux ouvertures 13a, 13b divise en deux rayons 14a et 14b. Chacun de ces rayons est divisé dans un prisme semi-réfléchissant 15 ou 16 en un rayon de référence 17a ou 17b, respectivement, qui tombe directement sur un photodétecteur 19 ou 20 respectivement, et un rayon de mesure 18a ou 18b, respectivement, qui tombe sur le photodétecteur 19 ou 20, respectivement, après avoir été réfléchi par le miroir 9 ou 10 du palpeur correspondant 6 ou 7, puis par le prisme semi-réfléchissant 15 ou 16, puis par l'une ou l'autre des surfaces réfléchissantes d'un miroir 21.
Chacun des photodétecteurs 19 et 20 est une photodiode. Au point où est placée cette photodiode, le rayon de référence, 17a ou 17b, et le rayon de mesure, 18a ou 18b, produisent un réseau d'interférence dans lequel la position des maximums d'intensité lumineuse et leur écartement dépendent de la longueur d'onde du rayonnement émis par le laser et de la différence du chemin optique entre les deux rayons 17a, 18a ou 17b, 18b. Si maintenant les palpeurs 6, 7 se déplacent (par suite d'une rotation du rotor 3), le réseau d'interférence se déforme dans chaque photodiode en ce sens que des lignes de maximums d'intensité se déplacent en passant successivement au point où se trouve la diode. Chaque fois que le palpeur 6 ou 7, et par conséquent son miroir 9 ou 10, se déplacent de #/2, une ligne du réseau d'interférence passe sur le point sensible de la diode.
La longueur d'onde du laser peut être par exemple de 820 nm. L'intensité lumineuse dans le spectre d'interférence est une fonction sinusoïdale par rapport à la distance mesurée sur l'axe x. Les photodiodes 19 et 20 sont reliées à des dispositifs électroniques 22 et 23, respectivement, de détection, de calcul et d'affichage, ou à un seul tel dispositif.
Dans la forme d'exécution représentée au dessin, on a prévu deux systèmes comprenant chacun un palpeur 6 ou 7 avec son miroir 9 ou 10, un prisme semi-réfléchissant 15 ou 16, I'une des faces réfléchissantes du miroir 21 et une photodiode 19 ou 20 et un dispositif électronique 22 ou 23; si un seul dispositif électronique est prévu, celui-ci pourra être agencé selon des principes en soi bien connus aux hommes du métier pour calculer une valeur en tenant compte d'erreurs de planitude de la surface 4, d'éventuels mouvements axiaux du rotor 3 et de difficultés pouvant intervenir quand l'un ou l'autre des palpeurs se trouve à l'une ou l'autre de ses positions extrêmes.
Avec deux systèmes, les axes de leurs palpeurs seront disposés dans deux plans radiaux du rotor 3 qui sont écartés, par exemple, à un axe de 120 I'une de l'autre.
Par ailleurs, un seul tel système et un dispositif électronique 22 ou 23 pourraient suffire. Ce dispositif détecterait l'intensité lumineuse réglée par la diode quand le déplacement du palpeur a cessé et la comparerait à l'intensité des maximums afin de fournir une valeur précise de la position finale du palpeur entre deux maximums consécutifs. Partant de cette évaluation du chemin parcouru par le palpeur, il devrait en tirer la valeur de l'angle de rotation du rotor 3 par des calculs trigonométriques où interviendraient la course totale du palpeur et la distance entre sa pointe de palpage et l'axe du rotor 3.
La mesure du déplacement peut être affichée sous forme numérique ou enregistrée et mise en mémoire dans le dispositif électronique 21 ou 22. Les agencements décrits permettent d'arriver à mesurer les positions du palpeur, ou de chaque palpeur, avec une précision qui atteint 1/100 , d'où l'on peut conclure sur la précision de la mesure de l'angle de rotation du rotor 3. Si l'on prévoit deux, trois ou même quatre systèmes, leurs diodes 19, 20 ..., peuvent être reliées à un seul dispositif électronique commun, très élaboré, capable de maîtriser les difficultés déjà mentionnées ci-dessus et de fournir une évaluation extrêmement précise.
REVENDICATION
Interféromètre pour la mesure de mouvements rotatifs, en particulier de mouvements rotatifs très lents, caractérisé en ce qu'il comprend un rotor tourillonné dans un boîtier, destiné à recevoir le mouvement rotatif qu'il s'agit de mesurer et pourvu d'une surface annulaire plane qui est inclinée sur l'axe de rotation, au moins un palpeur guidé dans un perçage du boîtier pour être mobile dans une direction parallèle audit axe de rotation, sollicité par un ressort l'appuyant par l'une de ses extrémités sur ladite surface inclinée, et pourvu à son autre extrémité d'une surface réfléchissante perpendiculaire à ladite direction, une source de lumière à laser, constituée par un laser à semi-conducteur, des moyens optiques de réflextion,
un photodétecteur placé à l'emplacement où un rayon de référence et un rayon de mesure qui a été réfléchi par la surface réfléchissante du palpeur interfèrent et un dispositif électronique d'élaboration d'une donnée numérique affichable.
SOUS-REVENDICATIONS
1. Interféromètre selon la revendication, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux desdits palpeurs et desdits photodétec- teurs, le dispositif électronique étant agencé pour afficher une donnée numérique établie sur la base des mesures de déplacement de tous ces palpeurs.
2. Interféromètre selon la revendication, caractérisé en ce que le laser est un laser à impulsions.
3. Interféromètre selon la revendication, caractérisé en ce que le laser est un laser à fonctionnement continu.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
The object of the present invention is an interferometer for measuring rotary movements, in particular very slow rotary movements such as that, for example, of a telescope.
The aim of the invention is to arrange such an interferometer in such a way that it is capable of delivering very precise measurements, but that it is nevertheless relatively inexpensive.
According to the invention, this object is achieved by an interferometer, characterized in that it comprises a rotor journalled in a housing, intended to receive the rotary movement to be measured and provided with a flat annular surface which is inclined on the axis of rotation, at least one probe guided in a bore of the housing to be movable in a direction parallel to said axis of rotation, biased by a spring pressing it by one of its ends on said inclined surface, and provided at its other end with a reflecting surface perpendicular to said direction, a laser light source, consisting of a semiconductor laser, optical reflection means, a photodetector placed at the location where a reference ray and a measurement radius which has been reflected by the reflecting surface of the interfering probe,
and an electronic device for generating displayable digital data.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention.
The only figure is a schematic view comprising a partial longitudinal section of the mechanical part.
The interferometer shown in the drawing comprises a mechanical part with a housing 1, 2 in which is journaled a rotor 3 intended to receive, by its part 3a, the rotary movement, which is to be measured. Part 3b of this rotor 3 is provided with an annular surface 4 which is perfectly flat and inclined on the axis of rotation of the rotor 3. The upper part 1 of the housing has two holes 5, the axes of which are at equal distances of that of the rotor 3. Sensors 6 and 7 are guided in these bores and each biased by a spring 8 to be supported by one of their ends (the lower end in the drawing) on the surface 4. The other end of each probe 6, 7 is provided with a plane mirror 9 or 10, respectively, whose reflecting surface is perpendicular to the direction of movement of the probes.
In its non-mechanical part, the interferometer comprises a semiconductor laser 11 which may be a pulsed laser or a continuously operating laser. A lens 12 forms with the radiation emitted by this laser 11 a parallel beam that a diaphragm 13 with two openings 13a, 13b divides into two rays 14a and 14b. Each of these rays is divided in a semi-reflecting prism 15 or 16 into a reference ray 17a or 17b, respectively, which falls directly on a photodetector 19 or 20 respectively, and a measuring ray 18a or 18b, respectively, which falls. on the photodetector 19 or 20, respectively, after having been reflected by the mirror 9 or 10 of the corresponding probe 6 or 7, then by the semi-reflecting prism 15 or 16, then by one or other of the reflecting surfaces d 'a mirror 21.
Each of the photodetectors 19 and 20 is a photodiode. At the point where this photodiode is placed, the reference ray, 17a or 17b, and the measurement ray, 18a or 18b, produce an interference network in which the position of the luminous intensity maxima and their spacing depend on the length wave of the radiation emitted by the laser and the difference in the optical path between the two rays 17a, 18a or 17b, 18b. If now the feelers 6, 7 move (as a result of a rotation of the rotor 3), the interference network is deformed in each photodiode in the sense that the lines of maximum intensity move by passing successively at the point where is the diode. Each time the probe 6 or 7, and consequently its mirror 9 or 10, move by # / 2, a line of the interference network passes over the sensitive point of the diode.
The wavelength of the laser may for example be 820 nm. The light intensity in the interference spectrum is a sinusoidal function with respect to the distance measured on the x axis. The photodiodes 19 and 20 are connected to electronic devices 22 and 23, respectively, for detection, calculation and display, or to a single such device.
In the embodiment shown in the drawing, two systems are provided each comprising a feeler 6 or 7 with its mirror 9 or 10, a semi-reflecting prism 15 or 16, one of the reflecting faces of the mirror 21 and a photodiode 19 or 20 and an electronic device 22 or 23; if only one electronic device is provided, it can be arranged according to principles well known per se to those skilled in the art to calculate a value taking into account errors in the flatness of the surface 4, possible axial movements of the rotor 3 and difficulties that may arise when one or other of the probes is in one or other of its extreme positions.
With two systems, the axes of their feelers will be arranged in two radial planes of the rotor 3 which are spaced, for example, at an axis 120 I from each other.
Moreover, a single such system and an electronic device 22 or 23 could suffice. This device would detect the light intensity set by the diode when the movement of the probe has ceased and compare it to the intensity of the maximums in order to provide a precise value of the final position of the probe between two consecutive maximums. Starting from this evaluation of the path traveled by the probe, he should derive the value of the angle of rotation of rotor 3 by trigonometric calculations involving the total travel of the probe and the distance between its probe tip and the axis of the probe. rotor 3.
The displacement measurement can be displayed in digital form or recorded and stored in the electronic device 21 or 22. The arrangements described make it possible to measure the positions of the probe, or of each probe, with an accuracy which reaches 1 / 100, from where one can conclude on the precision of the measurement of the angle of rotation of the rotor 3. If one envisages two, three or even four systems, their diodes 19, 20 ..., can be connected to a single common electronic device, very elaborate, capable of mastering the difficulties already mentioned above and of providing an extremely precise evaluation.
CLAIM
Interferometer for measuring rotary movements, in particular very slow rotary movements, characterized in that it comprises a rotor journalled in a housing, intended to receive the rotary movement to be measured and provided with a surface annular plane which is inclined on the axis of rotation, at least one probe guided in a bore of the housing to be movable in a direction parallel to said axis of rotation, urged by a spring pressing it by one of its ends on said inclined surface, and provided at its other end with a reflecting surface perpendicular to said direction, a laser light source, constituted by a semiconductor laser, optical reflection means,
a photodetector placed at the location where a reference ray and a measurement ray which has been reflected by the reflecting surface of the probe interfere and an electronic device for generating a displayable digital data.
SUB-CLAIMS
1. Interferometer according to claim, characterized in that it comprises at least two of said probes and said photodetectors, the electronic device being arranged to display a digital datum established on the basis of the displacement measurements of all these probes.
2. Interferometer according to claim, characterized in that the laser is a pulsed laser.
3. Interferometer according to claim, characterized in that the laser is a continuously operating laser.
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