Brevet FR2032338A1 — publié le 19701127

La présente invention concerne les appareils de mesure dimentionnelle dans lesquels un palpeur est appliqué sur un objet à mesurer suivant des inclinaisons variées par rapport à un plan horizontal. Dans de telles mesures, le poids du palpeur 5 intervient par sa composante suivant l'axe du déplacement du palpeur pour modifier la pression d'application de ce dernier contre l'objet à mesurer» Ce fait constitue un grave inconvénient pour certaines mesures de haute précision. Pour obvier à ces inconvénients, la présente invention 10 a pour objet*un appareil de mesure du type précité, comprenant au moins une tête de mesure pourvue d'un palpeur pouvant se déplacer suivant son axe longitudinal sous l'effet d'un fluide agissant sur un piston solidaire de ce palpeur, cet appareil étant caractérisé par des moyens commandant la pression du fluide sur 15 le piston en fonction de l'angle d'inclinaison de l'axe du palpeur par rapport à un plan de référence horizontal pour compenser les variations de la composante du poids du palpeur et de son piston suivant leur axe commun. Mais l'invention sera mieux comprise par la description 20 qui va être donnée ci-après, à titre d'exemple, d'une de ses formes de réalisation illustrée au dessin annexé dans lequel : Les Figs» 1 et 2 sont des vues respectivement de côté et de front d'un tel appareil ; La Fig. 3 est une vue axiale, partiellement coupée, d'un 25 élément du précédent? La Fig. 4 est une vue schématique de l'appareil? et La Fig. 5 est un diagramme montrant la composition des vecteurs. En se référant aux Figs. 1 et 2, une machine à mesurer 30 10 comprenant un appareil selon l'invention, est constitué par un socle 11 dont une partie 12 sert de support à un palier 13 dans lequel est monté un arbre 14 d'axe 15, qui est entraîné, en rotation par un moto-réducteur 20. L'arbre 14 est solidaire d'un bras 16 à l'extrémité duquel est monté une tête de mesure 17 dans laquelle 35 peut coulisser un palpeur 18 terminé par un grain 19. La commande 20 de l'arbre 14 permet d'imprimer à la tête 17 une rotation autour de l'axe 15 un peu supérieure à 180°. D'autre part, une embase 32 est montée tournante sur un socle circulaire 33 qui est fixé au bâti 11 de la machine. La 40 rotation de l'embase 32 s'effectue au moyen d'un moto-réducteur 45 70 04436 2 2032338 autour d'un axe vertical 35. Cette rotation peut être éventuellement commandée manuellement par un bouton 48. Sur l'embase 32 sont montés deux anneaux de centrage 40, 42, ce dernier servant de support à un objet 23, de forme hémisphérique et dont les dimen-5 sions sont à mesurer» Sur 1' embase 32 est monté un deuxième palier horizontal 24 supportant un arbre 25 d'axe 26. Une deuxième tête de mesure 17 est solidaire de l'arbre 25, cette tête portant également un palpeur 18 pouvant se déplacer longitudinalement dans la tête 10 17 et appuyer sur la face interne 30 de l'objet 23 par l'entremise de son grain d'extrémité 19» Comme on le voit, la machine 10 comporte deux têtes de mesure désignées l'une et l'autre par la référence 17, les palpeurs et leurs grains étant eux même désignés par des références communes 18 et 19. L'une de ces têtes applique 15 son palpeur de l'extérieur sur l'objet 23, alors que l'autre tête applique le sien de l'intérieur* Il convient de noter que les déplacements des deux têtes 17 se font autour d'un même axe horizontal passait par les axes 15 et 26. Compte tenu de l'orientation de l'objet 23 dans 20 toutes les directions possibles autour de l'axe vertical 35, on voit que tous les points de l'objet hémisphérique 23 peuvent être atteints par le palpeur interne comme par le palpeur extème» La description de l'appareil de compensation de la gravité qui est essentiellement l'objet de l'invention va être 25 maintenant faite en se référant uniquement à une tête de mesure 17 interne, représenté sur la Fig. 4. Il reste cependant entendu que tout ce qui va suivre est également valable pour la tête de. mesure externe, l'une et l'autre de ces têtes étant équipées d'un appareillage identique. 30 Une tête de mesure 17 comprend un boîtier creusé d'un alésage 54 dans lequel peut coulisser un piston 52 solidaire du palpeur 18. Ce piston 52 délimite un compartiement de fluide 53 qui est alimenté en fluide au moyen d'un canal 76-creusé dans le boîtier. 35 Un détecteur d'attitude 58 comprend un boîtier 60 fixé sur le boîtier de la tête de mesure' 17. Ce boîtier 60, de forme cylindrique comprend une pièce tubulaire 83 fixée dans un alésage 92 du boîtier» Une armature cylindrique 65 est montée dans l'alésage de la pièce 83, dans lequel il peut coulisser sans 40 frottement. Il est maintenu élastiquement dans le sens longitudinal 70 04436 3 2032338 au moyen de deux ressorts 96, 97. L'un des couvercles 62 du boîtier 60 comporte un orifice axial fileté dans lequel est vissé un raccord 61 dont une extrémité fait saillie â l'intérieur du boîtier où il se termine par une première aire plane 63, qui est percée d'un orifice 64 à travers lequel du fluide sous pression 5 peut être projeté à l'intérieur du boîtier 60. L'armature 65 présente une seconde aire plane 66 disposée en face de la première parallèlement à celle-ci, et perpendiculairement à l'axe 67 commun à l'armature et au raccord 61. Le dispositif de compensation objet de l'invention' 10 inclut, outre le dispositif qui vient d'être décrit un appareillage à fluide à circuit ouvert que l'on va maintenant décrire» La référence 50 de la Fig. 4 désigne l'ensemble de l'appareil de compensation. Le circuit à fluidecomprend un premier régulateur-détenteur 72 réglable connecté au raccord 61 par l'entremise d'un 15 étranglement réglable 101. Un deuxième régulateur-détehdeur de fluide 68A alimente un relais 71 lequel est excité par la pression régnant dans la canalisation 70 reliant le premier détendeur au raccord 61. La sortie du relais à fluide 71 est connectée, à travers un étranglement fixe, à un régulateur de pression 74 20 qui est alimenté entre une source d'air comprimé et une source én dépression. La sortie du régulateur 74 est branchée, par une tubulure 75, sur un raccôrd 78 communiquant avec la canalisation 76 de la tête 17 qui alimente le compartiment 53. Le fonctionnement de l'appareil peut dès lors se décrire 25 comme suit. Lorsque la tête 17, représentée à- la Fig. 4 en position horizontal 1, est progressivement inclinée vers le Zenith et atteint une position C, on voit que la composante du poids du palpeur 18 est de son piston associé 52 suivant l'axe de ce palpeur a pour effet d'écarter ce dernier de la surface interne 30 30 de l'objet 23. Le même effet agit sur l'armature 65 qui, sous l'effet de la gravité, va tendre à s'éloigner également de la surface 30, en raison directe de la composante de la gravité suivant son axe qui est proportionnelle au sinus de l'angle d'inclinaison commun au palpeur 18 et a l'armature 65. Cette 35 dernière a un poids calibré de façon que, sous l'effet de cette composante et des ressorts de maintien 96, 97, la.seconde aire plane 66 se rapproche de la première aire plane 63 d'une distance .de prédéterminée, dont l'effet est/freiner l'écoulement du fluide 40 a travers l'orifice 64 et, par conséquent, d'accroître sa pression ,1 } . 70 04436 4 2032338 jj dans 1g cenalis:tien 70. Le rolais 71 est du type s gain nég^tif/'î de sorte qu'un ^ccrcisrrexent --'u si or. cl de prer--:' on d'entrée j'j provoque une diminution ce 1" -.-roc :icn de czr'.le r-œipe? cor 1j fl canalisation 72. Ce si-onôl ce sertie excite le régulat=ur 74 deriii 5 un sens qui diminue, l-s pression de sortie de ce dernier et, par t conséquent, le. pression r5 ?r-v-." ri.-^r.s le ccmp?r tirent :3 de la i tête 17. Comme en le voit, 1 ' ;-~f ort requis, dans toutes les $ position du pojpeur i noerrs f: pour le ncir: ;-?nir au contact de 1'-oc jet ' 3 soit à une pression si ié 1C inférieure a la pression ST^-Sphérique. Le signal envoyé par le 1 ré-ulateur 74 sure donc peur* ' "et :"e d'^ir- --or encore cette pre ou, en d'autres termes d'ac ;roîtrc- le. d'pre:".-;ion« Il en résulte un effort accru du piston ver? la surface 20 de 11 objet 23, assurant une compensation exact3 de 1 ' ocrci.osement de la compc^ 15 santé axiale ce la gravité. De- cette façon, une force d'applica constante du palpeur 1 B sur ."a surface 3C peut ê::re arsurée darfi toutes les positions du palpeur,, l Cette force constante K est représentée vectoriellemeï'it i sur la Fi « 5 pour différentes positions du palpeur interne, la,. 20 valeur de la dépression étant représentée par le côté vertical i de chacun des petits triangles ce composition. Sur ce même diagramme de la Fie. 5, on a représenté des vecteurs K identiques dana; des triangles de composition dont le côté vertical représente,(par contre, une pression supérieure à la pression atmosphérique, ( 25puisque c'est bien une surpression qu'il faut appliquer dans lej, compartiment 53 d'une tête 17 externe pour soulever son palpeu^i y 18 et son piston associé 52 en fonction de l'accroissement de j:a J : composante de gravité» f En vue des réglages, une dérivation 103 est prise sur la 30 canalisation 73. Cette dérivation est branchée è l'atmosphère à travers un étranglement riclable 102. Un appareil indicateur dje pression -111 est branché sur la sortie , du régulateur 74 par ( l'entremise d'une valve 112. Une autre dérivation à l'atmosphère 104 est prévue sur la canclisatio-: du signal d'entrée 70, à travers 35 un étranglement réglable 105 et une valve 106. j! Le circuit è fluide ;. ui vient d'être décrit est initialement réglé, le valve :0- enfermée,' de façon qu'une -près i ion ce 0,85 à 1 ko/ctv2 r'-çne dans le conalisation d'entrée 70, iesj aires nlpp 40 oirtsnce correrr-cnd à. n dioruître de-1 ,95 nr.> nour l'orifice |4 ' | COPV , 70 04436 5 2032338 de l'exemple décrit. La tête de mesure 17 étant en position horizontale et la valve 106 fermée et la valve 112 ouverte, le raccord 61 est tourné dans son support fileté de façon à régler l'écart des 5 aires planes 63 et 66 pour un signal de commande de 1 kg/cm2 dans le conduit 70. La tête 17 est alors placée au zénith, et l'étranglement 102 est réglé jusqu'à ce qu'une déviation prédéterminée soit lue sur l'indicateur 111. D'autre part, le régulateur 74 est ajusté quand la 10 tête 17 est ,en position horizontale, jusqu'à ce que l'appareil 122 indique une pression correspondant à la force d'application désirée du palpeur sur l'objet. Pour diminuer cette force d'application, la valve 106 est ouverte, ce qui permet de régler le signal au moyen de l'étranglement 1Q5» 15 Les ressorts 96, 97 sont réglés avec d'excellents résultats dans la présente forme de réalisation, de façon que le passage de la tête 17 de l'horizontale à la verticale produise un déplacement total de 0,075 mm entre les aires planes 63 et 66» 20 Dans l'exemple décrit, la détection de la position du palpeur est obtenue sans contact mécanique, par des moyens électro-optiques associés au palpeur. Ces moyens comprennent un dispositif à prisme 116 coopérant avec une surface réfléchissante 115 du piston 52. Ce dispositif comprend un moroir plan 117 25 parallèle à l'axe du palpeur et placé dans l'alésage 54 de la tête 17. Un prisme est placé sous ce moroir, et présente une face diagonale 120 à une pluralité de cellules photo-électriques 121 placée dans l'alésage 54 sous le miroir 117. Une source lumineuse 122 est placée dans l'axe de la tête 17 du côté opposé au-palpeur» 30 Les rayons émis par cette source- 122 sont divisés par le prisme en deux faisceaux, l'un traversant.la face diagonale 120, se réfléchissant sur le miroir 124 et se réfléchissant encore une fois contre la face diagonale 120 en émettant un rayonde sortie 123, l'autre étant réfléchi par la face 120 du prisme contre le 35 miroir 117 et donnant lieu à un rayon émergeant qui traverse la face 120 suivant le rayon 124. Les deux rayons émergeants 123 et 124 sont donc dissociés et produisent un réseau d'interférences, lesquelles sont détectées par les cellules 121 qui les traduisent en un signal électrique envoyé dans un dispositif 131 par l'entre-40 mise des conducteurs 130. Ce dispositif 131 combine les COï* I 70 04436 6 2032338 informations des cellules pour produire un signal de sortie qui est exprimé dans un appareil 132 mesurant exactement la position du piston 52, et, par conséquent, celle du palpeur 18. Ce dispositif est très précis, mais peut être remplacé 5 par t out autre moyen convenable de détection de la position du palpeur® En vue d'éliminer les frottements entre l'armature 65 et l'élément tubulaire 83 du détecteur d'attitude, on peut utiliser un palier à air» A cet effet, de l'air sous pression est injecté 10 par un orifice 86 du boîtier 60 au moyen d'une source d'air comprimé et d'un détendeur 93. Cet air est envoyé dans un espace annulaire compris entre la paroi du boîtier 60 et l'élément annulaire 83. Ce dernier est constitué en matière poreuse laissant filtrer l'air dans l'espace compris entre la surface externe de 15 l'armature 65 et l'alésage 84 de l'élément tubulaire 83. I 70 04436 7 2832338 REVENDICATIONS 1. - Appareil de mesure dimensionnelle comprenant au moins une tête de mesure pourvue d'un palpeur, ce dernier ayant un axe suivant lequel il peut se déplacer sous l'effet d'un 5 fluide agissant sur un piston dont il est solidaire, caractérisé par des moyens de commande de la pression du fluide sur le piston en fonction de l'angle d'inclinaison dudit axe sur un plan de référence horizontal pour compenser les variations de la composante du poids du palpeur et de son piston suivant leur axe commun. 10 2.t - Appareil de mesure selon la revendication 1, carac térisé en ce que ladite tête de mesure est pourvue d'une cavité cylindrique comprenant un compartiment à fluide dont l'axe coincide avec celui du palpeur, en ce que ledit piston est placé à une extrémité du palpeur et se meut en glissant dans ladite 15 cavité cylindrique, et en ce que lesdits moyens de commande du piston incluent ledit compartiment à fluide» 3. - Appareil de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent un dispositif à fluide à circuit ouvert. 20 4. - Appareil de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit dispositif utilise l'air comme fluide de travail et en ce que l'élément principal de ce dispositif est fixé à ladite tête de mes'ure. 5. - Appareil de mesure selon la revendication 4, 25 caractérisé en ce que ledit dispositif comprend une première aire plane percée d'un orifice pour la projection d'air perpendiculairement à cette aire, une armature de masse calibrée ayant une seconde aire plane parallèle à la première et pouvant se déplacer suivant un second axe parallèle à celui du palpeur, un conduit de fluide 30 connectant ledit orifice à une source d'air alimentant, ledit compartiment de fluide, la seconde aire plane étant: sollicitée par gravité vers la première suivant une force qui est en raison directe du sinus dudit angle d'inclinaison du palpeur sur le plan horizontal 6. - Appareil de mesure selon la revendication 5, 35 caractérisé en ce que des moyenssans contact sont prévus pour mesurer avec précision les déplacements du palpeur suivant son axe. 7. - Appareil de mesure selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure sont électro-optiques. 8. - Appareil de mesure selon la revendication 5, carac-40 té-risé en ce que ladite armature est cylindrique, son axe coincide 70 04436 2032338 avec ledit second axe et étant perpendiculaire à ladite seconde air plane, laquelle d-'finit l'une des extrémités de l'armature. 9. - Ao-areil ce mesure celon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend en outre une pair de ressorts exerccnt leurs efforts respectivement sur les extrémité opposées de l'armature. 10. - Appareil de ~esure selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend en outre un boîtier pourvu d'un élément tubulaire dans lequel est placé l'armature calibrée, et des moyens pour fournir de l'air comprimé entre ledit élément tubulaire et ladite armature, de façon à constituer entre ces derniers un palier à air. COPV i