FR2974897A1 - Dispositif lineaire de mesure de distance a faible sensibilite thermique. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de mesure de distance et/ou de déplacement comprenant un premier et un second corps aptes à se déplacer en translation l'un par rapport à l'autre et respectivement terminés par une première et une seconde interfaces de fixation, et un capteur de position avec un élément de codage de position mécaniquement solidaire d'une première interface de fixation et un élément de lecture de position mécaniquement solidaire d'une seconde interface de fixation. Ce dispositif comprend en outre au moins une pièce de liaison reliant l'élément de lecture de position et la seconde interface de fixation de telle sorte à maintenir entre eux une distance dont les variations avec la température dépendent essentiellement de la dilatation thermique de la pièce de liaison. L'invention concerne aussi des systèmes de type hexapode mettant en œuvre le dispositif de mesure.

Description

-1- « Dispositif linéaire de mesure de distance à faible sensibilité thermique »

Domaine technique La présente invention concerne un dispositif de mesure de distance et/ou de déplacement de grande précision, de forme sensiblement linéaire, utilisable dans un environnement de systèmes mécaniques, et permettant de minimiser les erreurs dues aux variations de température. Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non 10 limitative celui des systèmes mécaniques de mesure et de positionnement de précision. Etat de la technique antérieure Dans de nombreuses applications, il est nécessaire de pouvoir déplacer ou positionner au moyen de systèmes mécaniques des charges pesant parfois 15 plusieurs dizaines ou centaines de kilogrammes, sur des étendues de déplacement de plusieurs dizaines ou plusieurs centaines de millimètres, avec des résolutions et /ou des précisions élevées, inférieures au micromètre. On trouve des exemples de telles applications notamment pour le positionnement d'éléments dans les synchrotrons, le positionnement de 20 miroirs ou d'éléments optiques dans les systèmes optiques (télescopes), ainsi que dans le domaine des machines-outils ou en robotique (robots de type delta, ...). Les déplacements linéaires sont effectués avec des actuateurs tels que des vérins. Des déplacements dans l'espace selon six degrés de liberté 25 peuvent être obtenus avec des structures de type hexapodes, qui comprennent un ensemble d'au moins six vérins permettant de mouvoir dans l'espace un élément relativement à un autre. La précision dans les déplacements et/ou les positionnements est obtenue de manière habituelle en intégrant aux vérins, ou directement entre 30 les parties mobiles, des dispositifs de mesure intégrant des capteurs de position ou de déplacement linéaire. Ainsi les vérins peuvent être contrôlés en boucle fermée à partir des mesures de déplacement. Afin de pouvoir les intégrer facilement dans les systèmes mécaniques, il est avantageux de réaliser ces dispositifs de mesure sous la forme de 2974897 -2- systèmes linéaires de longueur variable permettant de mesurer précisément la distance entre leurs deux extrémités. Il existe une grande variété de capteurs de position linéaires pouvant être utilisés. Lorsque des mesures de grande précision sont recherchées, on 5 utilise souvent des capteurs linéaires basés sur une règle graduée. Ces capteurs comprennent : - un élément de codage en position, qui se présente sous la forme d'un barreau, d'une règle ou d'une piste linéaire présentant des motifs de codage en position, - un élément de lecture avec une électronique permettant de déterminer sa position (absolue ou relative ou incrémentale) le long de l'élément de codage en position (la règle graduée). Le principe de lecture peut être optique (règles optiques), mais aussi avec des règles et des éléments de lecture adaptés, magnétique ou inductif.

La conception du dispositif de mesure dans lequel le capteur de position est intégré est également fondamentale, en particulier lorsqu'on cherche à mesurer avec une grande précision une distance absolue entre deux points appartenant à deux solides en mouvement. Parmi les aspects à prendre en compte, on peut citer notamment les suivants : - Les points d'application de la mesure sur les éléments mécaniques, qui correspondent aux interfaces entre le dispositif de mesure et les éléments mécaniques, doivent être définis avec précision et être stable dans le temps. En particulier, les déplacements de points d'application avec des variations d'angle ou de position et les effets de jeu mécanique peuvent dégrader considérablement la précision de mesure ; - les fonctions de transfert mécanique entre les interfaces du dispositif de mesure et les éléments de codage et de lecture du capteur doivent être stables dans le temps et bien maîtrisées. En particulier, les mécanismes de translation doivent être conçus de telle sorte que le capteur de position soit peu affecté par des contraintes de flexion appliquées sur l'ensemble du dispositif de mesure ; - Les effets de dilatation thermique des matériaux dans le dispositif de mesure, engendrés par les variations de température, doivent être correctement maîtrisés, car ils sont susceptibles d'introduire des erreurs de -3- mesure dont l'ordre de grandeur peut être supérieur à la précision recherchée. L'effet de la dilatation thermique sur la précision des capteurs linéaires est bien connu et en général correctement compensé au niveau du capteur 5 lui-même. Il est connu par exemple de mettre en oeuvre une règle optique dont le coefficient de dilatation est bien connu, et de fixer cette règle à son support de manière suffisamment souple pour qu'elle soit libre de se dilater sans être notablement affectée par la dilatation (différente) du support. 10 On connaît également, par exemple, le document EP 1 659 373 qui décrit une règle optique compensée en température. L'élément supportant les têtes de lecture (absolue et incrémentale) est conçu de telle sorte à se dilater avec la température selon le même coefficient de dilatation que la règle optique. Ainsi, la température n'affecte pas l'écartement entre les têtes de 15 mesure. Toutefois, ces dispositifs ne permettent pas de s'affranchir des effets de la température sur les éléments de liaison, en particulier dans le cas de points d'application du déplacement (ou de la mesure) situés de part et d'autre des extrémités de la règle optique. 20 Le but de la présente invention est de proposer un dispositif linéaire compact, robuste, de coût raisonnable, apte à faire des mesures de déplacement et/ou de position linéaire de grande précision tout en étant peu sensible à la température. Exposé de l'invention 25 Cet objectif est atteint avec un dispositif mesure de distance et/ou de déplacement comprenant : - un premier corps et un second corps, aptes à se déplacer en translation l'un par rapport à l'autre, et dont une extrémité est respectivement terminée par une première et une seconde interface de fixation, 30 - un capteur de position, comprenant un élément de codage de position mécaniquement solidaire de la première interface de fixation, et un élément de lecture de position mécaniquement solidaire de la seconde interface de fixation, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une pièce de liaison 35 reliant ledit élément de lecture de position et ladite seconde interface de -4- fixation de telle sorte à maintenir entre eux une distance dont les variations avec la température dépendent essentiellement de la dilatation thermique de ladite pièce de liaison. Suivant des modes de réalisation : - la pièce de liaison peut être fixée, éventuellement uniquement, à l'interface de fixation, et l'élément de lecture de position peut être fixé, éventuellement uniquement, à cette pièce de liaison ; - la pièce de liaison peut relier l'élément de lecture de position et la seconde interface de fixation de telle sorte à maintenir entre eux une distance dont les variations avec la température dépendent uniquement de la dilatation thermique de ladite pièce de liaison, les autres contributions éventuelles étant négligeables ; - la pièce de liaison peut relier l'élément de lecture de position et la seconde interface de fixation de telle sorte à maintenir entre eux une distance 15 sensiblement constante ; - la pièce de liaison peut également relier l'élément de lecture de position et la seconde interface de fixation de telle sorte à maintenir entre eux une distance ne dépendant pas de la dilatation thermique du second corps. - la pièce de liaison ou au moins une des pièces de liaison peut présenter 20 un coefficient de dilatation thermique inférieur à 5 x 10-6/K ; - la pièce de liaison ou au moins une des pièces de liaison peut comprendre un alliage métallique à faible coefficient de dilatation de type Invar® ; Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut 25 comprendre en outre : - des moyens de translation reliant mécaniquement le premier et le second corps de telle sorte à leur permettre de coulisser l'un par rapport à l'autre ; - au moins une glissière fixée sur l'un des corps, et au moins un chariot 30 apte à coulisser sur ladite glissière fixée sur l'autre corps ; - un capteur de position comprenant un élément de codage en forme de règle de codage et un élément de lecture en forme de tête de lecture, et mettant en oeuvre au moins l'un des principes de mesure suivants : optique, magnétique, inductif, capacitif, potentiométrique (c'est-à-dire basé sur des 35 mesures de résistance électrique) ; 2974897 -5- - des moyens de fixation de la règle de codage sur le premier corps permettant à ladite règle de codage de se dilater sous l'effet de la température sans être contrainte par la dilatation dudit premier corps ; - un capteur de position comprenant des bobinages couplés électro- 5 magnétiquement ; - des moyens de fixation de l'élément de codage sur le premier corps ou la première interface de fixation, permettant de maintenir sensiblement constante avec la température la distance entre l'extrémité située vers ladite première interface de fixation dudit élément de codage et ladite première 10 interface de fixation ; L'élément de codage peut être disposé sensiblement selon la fibre neutre du dispositif, de telle sorte que les contraintes d'allongement subies par ledit élément de codage lors d'une flexion dudit dispositif soient sensiblement minimisées ; Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre : - au moins une interface de fixation comprenant un logement sensiblement en forme de coupelle apte à recevoir une pièce d'interface de forme sensiblement sphérique, et au moins un aimant apte à maintenir par attraction magnétique ladite pièce d'interface dans ledit logement ; - un logement conformé de telle sorte qu'une pièce d'interface insérée dans ledit logement est maintenue plaquée contre l'interface de fixation selon trois points d'appui ; Le dispositif selon l'invention peut être apte à mesurer des distances 25 et/ou des variations de distance supérieures à 100 mm. Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens d'actuation permettant de déplacer le premier corps relativement au second corps de telle sorte à permettre une utilisation du dispositif comme vérin. Il est ainsi possible de réaliser un système de déplacement et/ou de 30 positionnement de type vérin, comprenant au moins un dispositif de mesure selon l'invention. Il est également possible d'utiliser au moins un dispositif selon l'invention dans un actuateur de type vérin, par exemple électrique ou pneumatique. 2974897 -6- Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un système de mesure de position et/ou de déplacement spatial d'une première pièce mécanique relativement à une seconde pièce mécanique, comprenant au moins six dispositifs selon l'invention placés entre lesdites premières et 5 secondes pièces mécaniques. Il est ainsi possible de réaliser un système de déplacement de type hexapode, comprenant au moins six dispositifs de mesure selon l'invention, ou plus pour introduire de la redondance. Il est également possible d'utiliser au moins un dispositif, ou de 10 préférence au moins six dispositifs de mesure selon l'invention dans un système de déplacement de type hexapode. Description des figures et modes de réalisation D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en oeuvre et de modes de 15 réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : - la figure 1 illustre un exemple de dispositif de mesure de distance de l'art antérieur, - la figure 2 illustre un mode de réalisation de dispositif selon l'invention, et 20 - la figure 3 illustre un système de mesure de position dans l'espace de type hexapode, mettant en oeuvre six dispositifs de mesure selon l'invention. En référence aux figures 1 et 2, comme expliqué précédemment, un objet de l'invention est la réalisation d'un dispositif de mesure 11 apte à mesurer avec une grande précision une distance absolue D et/ou une variation AD de distance entre deux points d'application ou deux points de référence 12 situés sur des interfaces de fixation 3, 4 aux extrémités du dispositif. La distance D, qui conditionne la longueur du dispositif, peut varier de plusieurs dizaines, voire même de centaines, de millimètres selon les applications. Le dispositif de mesure 11 doit en outre être d'une forme compacte, essentiellement contenue entre les deux points d'application ou deux points de référence 12. Un autre objet de l'invention est de réaliser un dispositif de mesure 11 apte à être intégré dans un environnement mécanique complexe qui peut comprendre une forte densité d'actuateurs et de pièces en mouvement parfois lourdes. Le dispositif de mesure 11 doit également pouvoir être fréquemment -7- manipulé dans le cas d'applications de mesures temporaires sur des dispositifs existants et donc facile à démonter et à étalonner. Le dispositif de mesure 11 selon l'invention doit donc être d'une conception robuste qui protège efficacement les éléments sensibles 5, 6 du capteur de position, et facile à manipuler sans risque pour ce capteur. Ces contraintes de robustesses excluent par exemple l'utilisation de dispositifs de mesure de type palpeurs, c'est-à-dire des dispositifs comprenant un corps monté solidairement d'une première pièce mécanique et une tige mobile prenant appui sur une seconde pièce. En effet, la tige est trop fragile et facilement faussée en cas de choc latéral. En outre, il est difficile de faire des mesures de distances absolues avec de tels dispositifs du fait de leur forme qui rend difficile la conception de points de référence pour la mesure suffisamment stables. La figure 1 présente un exemple de mode de réalisation d'un dispositif linéaire de l'art antérieur intégrant un capteur de déplacement. Ce dispositif peut être par exemple un vérin (actif ou passif), ou un actuateur linéaire. Suivant des modes de réalisation classiques, le dispositif comprend deux parties ou corps 1, 2 coulissant l'un dans l'autre ou l'un sur l'autre. Il est terminé aux deux extrémités par les interfaces de fixation 3 et 4. On y intègre un capteur de position comprenant par exemple un élément de codage de position ou une règle graduée 5 fixée sur un premier corps 1 et un élément de lecture de position ou une tête de lecture 6 fixé sur un second corps 2. Il est nécessaire de fixer la tête de lecture 6 vers l'extrémité du corps 2 opposée à l'interface de fixation 3, plus précisément à une distance L de cette interface de fixation 3 (avec L supérieure à la variation de longueur ou l'étendue de mesure Dmax - Dmin du dispositif) afin, d'une part, qu'elle soit toujours face à la règle graduée 5 lorsque le dispositif est complètement déplié (D = Dmax), et d'autre part, que la règle graduée 5 ne dépasse pas du dispositif lorsque ce dernier est complètement replié (D = Dmin).

Un dispositif du type de celui présenté à la figure 1 est réalisé de manière habituelle en acier ou en aluminium, pour des raisons de robustesse et de coût. Or l'acier présente un coefficient de dilatation thermique linéaire de l'ordre de 12 x 10-6 mètre par mètre de longueur et par degré kelvin. Pour l'aluminium, ce coefficient est plutôt de l'ordre de 23 x 10-6 m/m/K. 2974897 -8- Il s'ensuit que pour un dispositif avec un corps 2 en acier et une étendue de mesure Dmax - Dmin = 100 mm, la distance L entre l'interface de fixation 3 et la tête de lecture 6 peut varier de 1,2 dam par degré kelvin de variation de température ambiante. Cette variation, qui correspond à une incertitude sur la 5 position de la tête de lecture 6 par rapport aux points de référence 12, est une contribution directe à l'erreur de mesure. Une telle incertitude de mesure est inacceptable lorsqu'on recherche des précisions ou même des résolutions de mesure inférieures au micromètre. Elle est également inacceptable pour des dispositifs de mesure avec lesquels on 10 recherche une précision ou une résolution moindre mais qui se trouvent dans des environnements dont la température varie de manière importante. Il est en outre difficile d'anticiper, en vue de le compenser par calcul, la valeur du coefficient de dilatation dans un dispositif du type de celui de la figure 1 car le corps 2 comprend en général un assemblage de plusieurs 15 pièces (capots, ...) avec des coefficients de dilatation différents, et la répartition des contraintes dues aux variations de température y est complexe. Il est également en général pas envisageable, pour des raisons non seulement économiques mais aussi de caractéristiques mécaniques des 20 matériaux ou de fabrication, de réaliser le corps 2 dans un matériau à faible coefficient de dilatation. La figure 2 présente un exemple de mode de réalisation de dispositif de mesure 11 selon l'invention dans lequel les problèmes de dérive en température précédemment évoqués sont résolus.

25 Le dispositif de mesure 11 comprend un premier corps 1 et un second corps 2. Ces corps 1, 2 sont conçus de telle sorte à pouvoir se déplacer en translation l'un par rapport à l'autre, ou coulisser. Le dispositif 11 comprend des moyens de translation 8, lesquels comprennent des glissières fixées sur le corps 2, et des chariots aptes à 30 coulisser sur lesdites glissières fixées sur l'autre corps 1. Ainsi les corps 1,2 sont reliés entre eux et maintenus assemblés par ces moyens de translation 8 et peuvent coulisser l'un par rapport à l'autre de manière sensiblement linéaire. On peut utiliser tous types de chariots et de glissières compatibles avec les contraintes de précision, dont notamment des chariots à billes, à rouleaux, ou à paliers glissants. 2974897 -9- Les premiers et seconds corps 1, 2 sont conçus de telle sorte que le dispositif 11 présente globalement une section sensiblement rectangulaire ou carrée. Des capots fixés sur les corps 1 et 2 (non représentés) permettent d'assurer la protection des éléments internes.

5 Le premier corps 1 est terminé selon une extrémité par une première interface de fixation 3. Le second corps 2 est terminé selon une extrémité opposée par une seconde interface de fixation 4. Le dispositif 11 comprend un capteur de position. Sans perte de généralité, ce capteur comprend un élément de codage de position 5 solidaire 10 de l'ensemble constitué par le premier corps 1 et la première interface de fixation 3, et un élément de lecture de position 6 solidaire de l'ensemble constitué par le second corps 2 et la seconde interface de fixation 4. Le choix du capteur de position est déterminé par sa précision et sa stabilité thermique. Dans le mode de réalisation présenté à la figure 2, ce 15 capteur de position est un codeur linéaire optique, ou règle optique. L'élément de codage en position 5 est une règle graduée, réalisée dans un matériau de type verre. Des graduations en chrome sont déposées sur le verre. L'élément de lecture de position 6, ou tête de lecture, se déplace face à la règle 5. Elle comprend un dispositif optoélectronique avec des sources de lumière, des 20 photodiodes, ... apte à « lire » les graduations de la règle. Les signaux de lecture sont transmis par un câble à des moyens électroniques et de calcul qui permettent de déterminer la position de cette tête 6 le long de la règle 5 avec une résolution inférieure au micromètre. On choisi de préférence un capteur de position qui permet de faire des mesures de position absolue, c'est à dire 25 définies à tout instant par rapport à une origine sur la règle 5, et connues dès la mise sous tension du dispositif. On définit sans perte de généralité au niveau des interfaces de fixation 3, 4 des points de référence 12, qui sont les points par rapport auxquels la longueur D ou la variation de longueur AD du dispositif sont déterminées. Un 30 enjeu essentiel de la conception du dispositif 11 et de l'intégration du capteur de position est de faire en sorte que la mesure de position le long de la règle optique 5 fournie par la tête de lecture 6 soit représentative avec le moins d'incertitude possible de la distance absolue D et/ou de sa variation AD entre les points de référence 12. 2974897 -10- Pour cela, la règle optique 5 est fixée sur le corps 1 avec une liaison mécanique (par exemple un adhésif) présentant une souplesse suffisante pour lui permettre de se dilater sous l'effet de la température sans être affectée par la dilatation du corps 1 (en acier). En pratique, cette règle optique 5 est 5 constituée d'un matériau dont le coefficient de dilatation est suffisamment faible pour pouvoir être négligé et/ou suffisamment connu pour pouvoir être compensé par calcul. Ce peut être par exemple du verre avec un coefficient de dilatation thermique de l'ordre de 8 x 10-6 K-1 ou même du Zerodur° avec un coefficient de dilatation thermique de l'ordre de ±0,1 x 10-6 K-1.

10 La règle optique 5 est en outre fixée au niveau de son extrémité d'une manière plus rigide à l'interface de fixation 3, de telle sorte que l'origine de la mesure de la position de la tête de mesure 6 le long de cette règle 5 soit la plus représentative possible de la position du plan de référence 12 de l'interface de fixation 3.

15 Suivant un aspect particulièrement innovant de l'invention, la tête de mesure 6 est directement fixée, par l'intermédiaire d'une pièce d'interface 7, à l'interface de liaison 4. Cette pièce d'interface 7 est fixée de manière rigide à l'ensemble constitué du corps 2 et de l'interface de liaison 4 uniquement du côté de cette 20 interface de liaison 4. La tête de mesure 6 est elle-même fixée sur cette pièce 7 selon son extrémité opposée à l'interface de liaison 4. La pièce d'interface 7, du fait de sa forme allongée, peut être conçue de telle sorte à conserver une souplesse significative dans la direction transverse. On peut mettre à profit cette souplesse pour appuyer sur la tête de mesure 6 25 au moyen de ressorts de telle sorte à la maintenir à une distance optimale de la règle 5 en cas de flexion du dispositif 11 ou de jeu dans les moyens de translation 8. La pièce d'interface 7 est de préférence réalisée dans un matériau à faible coefficient de dilatation tel que de l'Invar °. Cet alliage, constitué de 30 manière habituelle de 64 % de fer et de 36 % de nickel, a l'avantage de présenter un coefficient de dilatation thermique de l'ordre de 2 x 10-6 à température ambiante. Elle peut également être en carbone. Ainsi, l'ensemble constitué de la pièce d'interface 7 et de la tête de mesure 6 n'est pas contraint par les dilatations du corps 2 et la pièce 35 d'interface 7 est libre de se dilater selon son propre coefficient de dilatation. 2974897 -11- Il s'ensuit que la distance L entre le plan de référence 12 de l'interface de fixation 4 et la tête de 6 varie très peu avec la température, ou du moins de manière prévisible et corrigeable, et donc que la position de la tête de mesure 6 est bien représentative du plan de référence 12.

5 La pièce d'interface 7 est suffisamment simple et de faible volume pour pouvoir être réalisée dans un alliage onéreux. Elle peut également être réalisée dans un matériau plus conventionnel dont le coefficient de dilatation thermique est bien connu. Dans la mesure où elle est bien protégée dans le dispositif 11, elle peut également être réalisée dans du verre, du quartz, du 10 Zerodur° ou tout autre matériau équivalent. Comme l'ensemble constitué de la pièce d'interface 7 et de la tête de mesure 6 est complètement intégré à l'intérieur du dispositif 11 et isolé de l'extérieur, il se trouve dans un environnement plus homogène sur le plan thermique que les corps 1, 2 eux-mêmes. La stabilité dimensionnelle et donc 15 la précision de mesure en sont encore améliorées. On peut en outre insérer un ou plusieurs capteurs de température (par exemple des sondes à résistance de platine de type PT100) à l'intérieur du dispositif 11. On peut en effet avantageusement utiliser des mesures de température pour améliorer la précision de mesure et/ou pour compenser les 20 variations de longueur de la pièce d'interface 7 et/ou de la règle optique 5, en se basant sur leurs coefficients de dilatation thermique théoriques qui sont, dans la configuration de l'invention, des données fiables du fait de la stabilité thermique de l'environnement et de la quasi-absence de contraintes mécaniques sur les éléments sensibles 7, 5.

25 Un dispositif selon l'invention 11 est destiné à fournir des mesures de grande précision dans un environnement parfois sévère. Il peut en particulier être amené à subir des contraintes de flexion, et/ou être soumis à des vitesses ou des accélérations élevées susceptibles de générer de telles contraintes. Afin de minimiser l'impact de ces contraintes de flexion sur la 30 précision les mesures, le dispositif 11 est conçu de telle sorte que la règle optique 5 soit placée selon sa fibre neutre, c'est-à-dire dans la zone de moindre allongement, sensiblement au centre du dispositif 11 ou du moins sensiblement selon la droite reliant les points de référence 12. Une telle conception permet en outre de minimiser la sensibilité du dispositif de mesure 35 aux jeux mécaniques dans les moyens de translation 8. 2974897 -12- Un autre aspect important de l'invention concerne les interfaces de fixation 3, 4. Le dispositif 11 étant conçu pour mesurer des distances D et/ou des variations de distance AD entre des pièces en mouvement, ces interfaces de fixation 3, 4 doivent pouvoir s'adapter à des variations d'angle au niveau 5 des liaisons mécaniques sans dégrader les mesures (par exemple par des effets de jeu mécanique). Les interfaces de fixation 3, 4 sont conçues sur un principe de rotule. La liaison mécanique est réalisée par des pièces de liaison 10 comprenant une partie sphérique. Les interfaces de fixation 3, 4 comprennent une partie en 10 renfoncement ou coupelle dans laquelle la partie sphérique des pièces de liaison 10 peut venir s'insérer. Des aimants 9 sont placés au fond des coupelles pour maintenir plaquées les pièces de liaison 10, par exemple en acier. Les flancs des coupelles sont usinés de telle sorte que les sphères des pièces de liaison 10 ne sont en contact avec les interfaces de liaison 3 ou 4 15 que selon trois points (ou trois zones). L'ensemble est en outre conçu de telle sorte à permettre une rotation ou un basculement des pièces de liaison 10 par rapport aux interfaces de fixation 3, 4 avec une amplitude angulaire suffisante pour les besoins de l'application. Si les sphères 10 sont usinées avec une précision suffisante (ce qui est 20 en pratique facile et peu onéreux), on obtient ainsi une liaison parfaitement définie sur le plan métrologique, sans jeu, entre le dispositif de mesure 11 et les pièces de liaison 10. Le dispositif de mesure 11, ainsi assemblé, est apte à mesurer la distance D et/ou des variations de distance AD avec une grande précision entre les centres des sphères des pièces de liaison 10 25 indépendamment de leur orientation angulaire. En d'autres termes, on peut considérer des points d'application ou des points de référence 12 au centre des sphères des pièces de liaison 10. Suivant des variantes de modes de réalisation - le dispositif de mesure 11 peut être de section sensiblement 30 cylindrique ; - les premiers et seconds corps 1, 2 peuvent coulisser l'un par rapport à l'autre par glissement ; - les premiers et seconds corps 1, 2 peuvent être maintenus assemblés par emboîtement ; 2974897 -13- - les premiers et seconds corps 1, 2 peuvent être de forme sensiblement cylindrique ; - le capteur de position peut être un capteur exploitant une mesure de variation d'inductance, et/ou de couplage électromagnétique, et/ou de 5 couplage inductif, et/ou de couplage magnétique et/ou de couplage capacitif, pour déterminer le déplacement de l'élément de lecture relativement à l'élément de codage ; - le dispositif de mesure 11 peut comprendre tout type d'interfaces de fixations 3, 4 compatible avec les exigences de précision des mesures. Il peut 10 en particulier comprendre des articulations de précision à billes telles que décrites dans le document FR 2 886 994, comprenant des pièces d'interface 10 maintenues dans des chapes par des moyens de rappel de type ressort. Le dispositif selon l'invention peut également être intégré à un vérin, ou en d'autres termes, comprendre des moyens de déplacement ou d'actuation, 15 notamment électriques ou pneumatiques. On réalise ainsi un vérin avec une mesure interne de déplacement de grande précision. Le dispositif selon l'invention trouve des applications dans le contrôle des systèmes mécaniques lourds de précision (c'est-à-dire des systèmes destinés à déplacer ou à positionner, en statique ou en dynamique, des charges ou des 20 masses importantes avec une grande précision). Il est dans ce cas souvent avantageux d'utiliser des dispositifs de mesure 11 indépendants des vérins de positionnement pour mesurer les distances ou les positions indépendamment et régler ces vérins en boucle fermée. On peut ainsi s'affranchir par exemple des phénomènes d'élasticité dus aux charges qui dégradent notablement les 25 mesures intégrées aux vérins en cas de déplacement de masses importantes. En référence à la figure 3, pour mesurer la position dans l'espace, selon six degrés de liberté (trois positions et trois angles), d'un élément 31 par rapport à un autre élément 30, on peut avantageusement utiliser une structure intégrant au moins six dispositifs de mesure 11 selon l'invention (ou 30 plus, par exemple huit, pour introduire de la redondance dans les mesures). On définit ainsi un hexapode de mesure. Cet hexapode de mesure peut notamment : - être indépendant d'un quelconque système de positionnement, 2974897 -14- - comprendre des dispositifs de mesure 11 placés en parallèle avec des vérins, auquel cas on forme un hexapode de mesure en parallèle avec, - ou intégré dans -, un hexapode de positionnement. On peut également réaliser un hexapode actif avec une métrologie de 5 positionnement interne de grande précision en mettant en oeuvre au moins six dispositifs de mesure 11 (ou huit) selon l'invention intégrés à des vérins. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. 10

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure de distance et/ou de déplacement comprenant : - un premier corps (1) et un second corps (2), aptes à se déplacer en translation l'un par rapport à l'autre, et dont une extrémité est respectivement terminée par une première (3) et une seconde (4) interface de fixation, - un capteur de position, comprenant un élément de codage de position (5) mécaniquement solidaire de la première interface de fixation (3), et un élément de lecture de position (6) mécaniquement solidaire de la seconde interface de fixation (4), caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une pièce de liaison (7) reliant ledit élément de lecture de position (5) et ladite seconde interface de fixation (4) de telle sorte à maintenir entre eux une distance dont les variations avec la température dépendent essentiellement de la dilatation thermique de ladite pièce de liaison (7).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de 20 liaison (7) ou au moins une des pièces de liaison (7) présente un coefficient de dilatation thermique inférieur à 5 x 10-6/K.
3. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce de liaison ou au moins une des pièces de liaison comprend un alliage 25 métallique à faible coefficient de dilatation de type Invar®.
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de translation (8) reliant mécaniquement le premier (1) et le second corps (2) de telle sorte à leur 30 permettre de coulisser l'un par rapport à l'autre.
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une glissière fixée sur l'un des corps (1, 2974897 -16- 2), et au moins un chariot apte à coulisser sur ladite glissière fixée sur l'autre corps (1, 2).
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en 5 ce qu'il comprend en outre un capteur de position comprenant un élément de codage (5) en forme de règle de codage et un élément de lecture (6) en forme de tête de lecture, et mettant en oeuvre au moins l'un des principes de mesure suivants : optique, magnétique, inductif, capacitif, potentiométrique. 10
7. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de fixation de la règle de codage (5) sur le premier corps (1) permettant à ladite règle de codage (5) de se dilater sous l'effet de la température sans être contrainte par la dilatation dudit premier corps (1). 15
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un capteur de position comprenant des bobinages couplés électro-magnétiquement.
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de fixation de l'élément de codage (5) sur le premier corps (1) ou la première interface de fixation (3), permettant de maintenir sensiblement constante avec la température la distance entre l'extrémité située vers ladite première interface de fixation (3) dudit élément de codage (5) et ladite première interface de fixation (3).
10. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de codage (5) est disposé sensiblement selon la fibre neutre dudit dispositif, de telle sorte que les contraintes d'allongement subies par ledit élément de codage (5) lors d'une flexion dudit dispositif (11) soient sensiblement minimisées.
11. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une interface de fixation (3, 4) comprenant un logement sensiblement en forme de coupelle apte à recevoir une pièce d'interface (10) de forme sensiblement sphérique, et au moins un -17- aimant (9) apte à maintenir par attraction magnétique ladite pièce d'interface (10) dans ledit logement.
12. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un logement conformé de telle sorte qu'une pièce d'interface (10) insérée dans ledit logement est maintenue plaquée contre l'interface de fixation selon trois points d'appui.
13. 13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en 10 ce qu'il est apte à mesurer des distances et/ou des variations de distance supérieures à 100 mm.
14. 14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'actuation permettant de déplacer le 15 premier corps (1) relativement au second corps (2) de telle sorte à permettre une utilisation du dispositif comme vérin.
15. 15. Système de mesure de position et/ou de déplacement spatial d'une première pièce mécanique (31) relativement à une seconde pièce mécanique 20 (30), caractérisé en ce qu'il comprend au moins six dispositifs (11) selon l'une quelconque des revendications précédentes placés entre lesdites première et seconde pièces mécaniques (30, 31). 25