Brevet FR2054609A1 — publié le 19710423

i L'invention concerne tin dispositif pour la détermination précise de la position des pièces à usiner, même de celles ayant encore une surface grossière ou brute qui comprend un projecteur qui forme une marque sur la pièce ainsi qu'un organe récepteur 5 4e la marque et muni d'un repère ~ référence pour recevoir ladite image. Le brevet allemand 859.815 par exemple, fait connaître un tel dispositif» Le projecteur se compose d'une source lumineuse,d'un condenseur,d'une plaque ou plateau gradué^)et d'un objectif;le 10 dispositif récepteur comporte un autre objectif,un autre plateau gradué et un oculaire. Le projecteur et le dispositif récepteur sont disposés l'un après l'autre,ce- qui entraîne obligatoirement m encombrement relativement grand* L'invention se propose de fournir un dispositif du type indi-15 qné tel que, d'une part il convienne à la détermination précise de la position de grandes pièces et que, d'autre part sa longueur demeure faible. En outre, on doit pouvoir déterminer aussi la position de pièces relativement grossières par rapport à la longueur d'onde de la lumière visible. 20 Le problème est résolu par les moyens suivants: a)deux objectifs à miroir avec leurs faces concaves tournées l'une vers l'autre et séparées par un intervalle, mais montés pentrés l'un sur l'autre. b)au premier objectif à miroir est associé le projecteur,au 25 second objectif à miroir sont associés un élément définissant une position de référence,de préférence un diaphragme avec repère ainsi qu'un dispositif d'observation et/ou bien un dispositif de réception photoélectrique,ou récepteur photoéleetrique. Avec ce dispositif, la pièce est placée dans l'espace séparant 50 les deux miroirs concaves et l'espace libre non occupé par cette pièce reçoit la quasi-totalité du faisceau lumineux du projecteur et du dispositif récepteur à repère de mesure. La longueur totale du dispositif selon l'invention ne. dépasse donc pas beaucoup la dimension maximale de la pièce à usiner» En outre,les miroirs 35 autorisent la transmission d'une lumière de très grande longueur d'onde,ce qui permet de palper ou examiner nôno des surfacor: grossières doc pièces on cours d'usinage. On a décrit l'invention ci-après en détail en se référant aux dessins annexés. 70 24464 2054609 2 Fig.l représente le principe du dispositif selon l'invention; 3?ig.2 représente la formation des repères dans le projecteur, ou respectivement des images dans le dispositif récepteur; lig.3 a 7 représentent des dispositifs pour la production 5 d'images repères circulaires. Une lampe 1 envoie à travers un condenseur 2 une image ou marque sur un diaphragme 3. Un faisceau lumineux 4 issu de ladite . marque parvient, après avoir traversé l'ouverture 5 d'un miroir concave 6 5sur un. second miroir concave 7, monté à une certaine dis-10 tance du miroir concave 6 et comme lui muni d'une ouverture 8. Le condenseur 2 forme ainsi sur le miroir 7 l'image du filament de la lampe 1 à travers l'ouverture 5» Les faces concaves des miroirs concaves 6 et 7 sont opposées l'uneà l'autre • Le miroir concave 7 cLozme de la marque repère une image 9 qui est envoyée par 15 le miroir concave 6 sur un repère-référence 10. La position de cette image repère relativement au repaie référence 10 peut être observée par un oculaire 11. Si l'on introduit une pièce 12 dans l'espace compris entre les deux miroirs concaves 6 et 7j&e telle manière qu'une surface 20 réfléchissante 13 cLe cette pièce 12 reçoive l'image sous incidence rasante,l'imagé de la marque prendra alors ,si la surface 13 coïncide avec l'image 9, la mêmeposition, par rapport au repère référence 10,que dans le cas d'un faisceau circulant en l'absence d'une pièce à usiner. Ce fait peut être utilisé comme critère 25 pour la détermination de la position de la pièce 12. Le dispositif récepteur de la marque à mesurer,composé du repère.référence 10 et de l'oculaire 11,peut naturellement être utilisé seul ou bien être complété,en vue de l'exploitation,de convertisseurs ou transducteurs photoélectriques et des couplages 30 électroniques y associés. On- trouvera plus loin des indications sur les marques de mesure nécessaires pour de tels récepteurs ainsi que sur les dispositifs détecteurs ou palpeurs Correspondants . Dans l'exemple représenté à la figure 2,1a marque est for-35 Eiée pair une fente en croix ménagée dans un écran 20 vibrant linéairement dans la direction de la flèche,dont on désigne la fréquence de vibration par f-^ . L'écran ou diaphragme 20 est "monté élas-tiquement et est relié en deux points opposés ^ à' une bobine 35 d'un ensemble d'aimants plongeurs 36. Les bobines 35 sont alimen-40 tées en courant alternatif de fréquence f-^ à partir d'un géné 70 2kk6k 5 2054609 rateur 27. La marque référence 10 est ici représentée également par une fente en croix ménagée clans un dcraï^Vibrant linéairement dans la direction de la flèche, dont la fréquence de vibration est désignée par fg. La direction de vibration de cet écran 5 est donc perpendiculaire à la direction de vibration de l'écran 20;il est commandé de la même manière que l'écran 20,1 'alimentation en courant alternatif de .fréquence fg se faisant ici à l'aide d'un générateur 20. Dans le sens de propagation de la lumière , après la marque référence 21, est disposé un récepteur-1D convertisseur photoélectrique 22, à la sortie duquel est branché un couplage électronique pour la séparation des fréquences 3f^ et 3f2 auîioyende redresseurs de phase 23,24. L'utilisation d'un srul récepteur 22 est avantageuse, parce que deux récepteurs permettent l'apparition d'une dérive ou d'une différence spectrale. Les si-15 gnaux acheminés aux redresseurs de phase sont de préférence amplifiés par des amplificateurs sélectifs 25,26 dont l'un est accordé sur la fréquence 3f-j_ et l'autre sur la fréquence 3f-2* ^es signaux de référence 3f-^(ou 3f^) pour les redresseurs ou démodulateurs de phase 23,24 sont amenés à partir des signaux de sortie des générateurs de fréquence 27,28,qui engendrent les vibrations des écrans 20( ou 21) et obtenus par l'intermédiaire des multiplicateurs de fréquence 29,30 ainsi que des déphs.seurs 31,32.Les signaux fournis par les redresseurs de phase 23,24 sont acheminés dans chaque cas respectivement aux appareils de mesure 33, 34 qui indiquent le décalage x - ou y - de la pièce à usiner par rapport à la position désirée. La séparation des fréquences permet non seulement de fournir un signal de lieu pour déterminer la position de la pièce,mais en outre unâgnal de réglage, pour redresser tout d'abord la pièce au mieux par rapport au trajet du faisceau de mesure. On a décrit ci-après des montages ayant le même but que les montages décrits plus haut. Dans 1 ' exemple de la figure 3,1a marque du diaphragme ou é-cran3,â laforme d'unpoint lumineux fixe. Un prisme tournant de Dove 40produit une image rotative de ladite marque du diaphragme 3.La surface réfléchissante 41 du prisme 40 est inclinée sur l'axe de rotation. La rotation du prisme 40 est assurée à la manière connue par un dispositif d ' entraînement non représenté,dont le- mo teur peut avoir un axe creux dans lequel est fixé le prisme 40. Simultanément un disque 46 BAD ORIGINAL 70 2kk6k 2054609 4 tourne avec le prisme 40,ce disque étant muni de fentes disposées en deux séries suivant deux circonférences de diamètres différents» A chaque série est associée une lampa 42 ( ou43)ainsi qu'un récepteur photoélectrique 47 (ou 48).Les lampes et récepteurs-conver-3 tisseurs forment ohs.qu.e fois avec 11 écran 46m cooi.utateur de tension étalon qui engendre des impulsions de oomsiutation synchronisées avec la rotation dû prisme 40,Les "feignaux -de sortie des récepteurs photoélectriques 47 et 48 sont acheminés par l'intermédiaire des amplificateurs 49,50 pour servir de signaux d'actionne-* 10 ment des détecte^^rs de phases 23 et 24. Il y a lieu de remarquer que l'image 9 apparaît avec une fréquence double de la fréquence de rotation du prisme de D0V3 40, et que le diamètre du cercle de détection est réglé par un ajustement de l'inclinaison du prisme 40.La marque de référence du diaphrag-15 me 10,derrière laquelle est monté le récepteur photoélectrique 22, a la forme d'une fente en croix. Dan^Le plan du diaphragme 10, il est crée' une image tournante de la marque du diaphragme 3, de manière telle que à chaque révolution, le récepteur 22 reçoit quatre impulsions lumineuses. Les défauts de "symétrie dans le 20 temps, de scLitos impulsions lumineuses sont utilisés pour le réglage ou dressage automatique de la pièce à usiner. En effet, la nature de la dissymétrie,indique comment il faut déplacer la pièce pour atteindre la symétrie en temps. Dans le cas de la figure 4, on voit que, à la place du 25 prisme tournant 40, on peut utiliser un miroir tournant 65,monté à rotation autour d'un axe oblique par rapport à sa surface réfléchissante et entraîné par un moteur synchrone 66.On obtient une image tournante de la marque ou tache du diaphragme 3.L' exploitation s'effectue comme dans le montage selon figure 3,1e moteur 30 synchrone pouvant fournir les impulsions de référence destinées aux redresseurs de phase soit à partir du champ tournant moteur soit de générateurs d'induction ou de Halle. A la figure 5, on a représenté une variante de montage pour l'obtention d'une image tournante repère.Le rotor 68 d'un 35 moteur synchrone 67 présente un trou taraudé concentrique à son a-xe ,et dans lequel est logée une lame à faces parallèles oblique 69 ou bien un faible coin de verre.L'avantage de ce système est qu'il n'exige que de faibles tolérances pour les oscillations de l'axe. 1 . BAD ORIGINAL 693/70 70 24464 2054609 5 Dans les montages ci-dessus décrits,à mouvement rotatif de détection,on constate que les axes de rotation des éléments optiques déviant la lumière occupent toujours exactement leur piosi^ -tion , et que, par exemple, ils ne vibrent pas. De ce fait,des 5 conditions de précisionpoussée sont requises dos dispositifs d'entraînement mécaniques,qui sont souvent délicatosà assurer. Cette difficulté est résolue par le montage représenté à la figure 6. La lUTnièjreissue de la lampe 1,passât par le condenseur 2 et traversant la fente du diaphragme 3,rencontre une -lentille 81 qui lOtourne autour d'un axe 80,Cette lentille est destinée à concentrer la lumière incidente en un point' où la couche opaque 82 prévue sur le côté opposé à la lampe,est munie d'un évidement. Du même côté de la lentille, deux miroirs 83 et 84 sont disposés de manière telle que le faisceau traversant la couche opaque soit dé-15vié deux fois. Les deux îairoirs peuvent,comme représenté,être constitués par des faces d'un prisme 85«' Dans la variante selon la figure 7jl'ensemble de projection do la marque ou tache ponctuelle , qui est formé de la lampe l,du condenseur 2 et du diaphragme 3 jest monté sur une tige ou barreau 20flexible 90. Laèite tige est avec le projecteur 1-2-3» animée d'un mouvement vibratoire circulaire,au moyen d'un champ magnétique tournant. Le projecteur 1-2-3 est disposé dans un boîtier 919 où sont également montées des bobines d'induction 92s93«On prévoit soit trois bobines dont les axes sont décalés de 120°,soit quatre 25bobines d'axes décalés de 90°* L'utilisation d'un tel champ tournant permet de régler à la manière connue la fréquence et/ou l'amplitude du champ tournant de la marque. Pour obtenir des signaux correspondant aux vibrations circulaires du projecteurson répartit sur la périphérie de la trajectoire' circulaire des ai-30aants 95-96 dans une fente desquels est introduite une plaquette 98 fixée au boîtier 91 projecteur 1,2, 3« Le nombre des têtes aimantées utilisées et leurs emplacements relatifs,correspondent à ceux des bobines. Les signaux produits par les aimants 95*96 servent à alimenter un générateur 100 et les redresseurs de phase 35non représentés. Le générateur sert à engendrer le courant dfexcitation des bobines 92,93» Comme on lfa déjà dit,on peut soit au moyen d'un ensemble 'interrupteur électronique soit par la méthode d'analyse de fréquence ,utiliser la dissymétrie ou 1'irrégularité de la fréquence 40des impulsions lumineuses parvenant au récepteur. Lors d'un 70 24464 2054609 p alpage de la surface 13 d'une pièce à usiner ,1a tangente au point de palpageàla surface incurvée doit être parallèle à la direc-tion de eu;--jure,si la régularité de la fréquence doit être assurée» Dans ce cas aussi,l'irrégularité ou dissymétrie de succession dos 5 impulsions lumineuses dans le temps permet d'extraire une paire de signaux -jui rendent possible,en mène temps et autOHatigusac-nt,aussi bien de régler le point de contact du rayon avec la pièce au point où so trouve l'image 9, que d1 obtenir le" dressage 0pti3aal.de la surface 13 à'mesurer de la pièce par rapport à la direction de mesure» 10 En faisant tourner les signaux de référence par rapport aux images tournantes(impulsions synchrones déphasées} et à la marque-référence lOjOn pe.ut choisir tout laontago de mQS"ure0^ïi^.tivoa&yit à l'axe optique du système formé par les éléments 2-6-7» Dans les exemples des figures 3 à 7,11 écran avec la marque de rôf é-15 rence peut comporter en outre des fentes en forme d'anneaux circulaires concentriques avec lo centre de la croix»A ces fentes annulaires sont alors associés par l'intermédiaire d'éléments optiques tels que lentilles de Billet,miroirs ou coins,des récepteurs photoélectriques délivrent des signaux primaires pour les images repères éloi-20 gnées de la position de contact,et.qui permettent d'amener la pièce à usiner 12 dans une position plus proche de la position de contact. La mise dans la position désirée,de la pièce à usiner peut ainsi ê-tre obtenue pas à pas avec une précision croissante»A cet effet les palpeurs actionnables en amplitude représentés aux figures 2 et 7 25 sont particulièrement avantageux. On signa.lera en outre que la tache ou marque 3 peut aussi être une source automatique,par exemple en tant que jonction Pif d'un semiconducteur» Lo nouveau dispositif convient surtout à 1'examen de pièces à u-30 siner de grandes dimensions et à surface grossière car,d'une part le dispositif,peut Stre maintenu de dimensions- relativement faibles ■ * et d'autre part permet d'utiliser de la lumière de la gamme infrarouge® Il peut être nécessaire de ne pas monter le projecteur,ou le dispositif d'observation, derrière les objectifs à miroir mais à côté de ceux™ 55 ci. La rai son peut en être d'atteindre une plus faible encombreront en longueur, et/ou d'assurer le passage dans 1 ' objectif à mireir»Bans ce cas on place au centre de l'objectif à miroir un petit miroir dévia-teur 7' qui dirige le faisceau venant de côté vers l'autre objectif à miroir,ou qui dirige le fin rayon sortant vers le dispositif d'obser-40 vation,comme représenté en traits interrompus à la figure 3» ' BAD ORIGINAL 70 IkkSk 2054609 7 -EEVEHDICATIOITS- 1. Dispositif pour la détermination précise de la position de pièces à usiner, même de celles ayant de grandes imperfections par rapport à la longueur d'onde de la lumière visible,dans lequoi on utilise un projecteur pour former une tache lumineuse sur la 5 pièce et un dispositif récepteur de l'image de cotte tache,ce dispositif étant caractérisé en ce que: a)dcux objectifs à miroirs concaves -(6-7) sont montés avec leurs concavités en vis-à-vis, à une certaine distance l'un de 11 autre, mais centrés sur le meme axe; 10 b)lfun des objectifs (6) est associé avec le projecteur (lr 2,3) produisant les taches de mesure,l'autre (7) avec un organe définissant une position de référence ,de préférence un diaphragme ou écran (10) avec une marque de référence ainsi qu'avec un dispositif d'observation (11) et/ou un dispositif photoélec- •15trique récepteur. 2. Dispositif selon la revendication ^Caractérisé en ce que l'un au moins des miroirs concaves (6-7) présente une ouverture (5,8). 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que 2Qau moins l'un des miroirs concaves (6-7)-est associé à un miroir réfléchissant (7')« 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à" 3, caractérisé en ce que le projecteur se compose d'un dispositif éclairant, et d'un diaphragme ayant au moins une marque. 25 "■ 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 ,caractérisé en ce que le projecteur est associé avec des moyens pour la création d'une tache lumineuse vibrante (9)• 6.Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que lo signal de sortie du dispositif récepteur photoélectrique est 30amené à dos redresseurs de phase,alimentés par des signaux de référence dépendant de la vibration de l'image vibrante (9) • 7. Dispositif selon la revendication 5»caractérisé par un générateur do tension de référence (27, 28, 42,43; 95,96),dont les signaux sont synchronisés avec la vibration de l'image 9» 35 8. Dispositif selon la revendication 5jCaractérisé par un prisme de Dove tournant (40)légèrement- incliné sur l'axe optique, pour engendrer l'image en vibration 9. BAD ORIGINAL 70 24464 2054609 8 9. Dispositif selon la revendication 5»caractérisé par un miroir pour former l'image 9. 10. Dispositif selon la revendication 5»caractérisé par un plateau tournant transparent 69 situé sur le trajet du faisceau,dont 5 au moins l'une des surfaces planes est légèrement inclinée sur l'axe optique,pour former l'image en vibration 9. 11.Dispositif selon la revendication 5>caractérisé par deux miroirs tournants 82' ,83 pour former l'image en vibration 9* 12. Dispositif selon la revendication ^caractérisé par un 10 projecteur de marque (1-3) monté sur un barreau de torsion (90) ainsi que par des moyens engendrant un champ électrique tournant qui agit sur le projecteur de marque et le barreau coudé. BAD ORIGINAL