Brevet FR2137940A1 — publié le 19721229

L'invention concerne un procédé pour la mesure rapide et sans contact de l'épaisseur ou de la largeur de pièces usinées planes. Ces dimensions sont fournies sous forme digitale. Le procédé convient donc pour un calculateur digital, 5 avec lequel des pièces à usiner, entraînées en un mouvement rapide, peuvent être contrôlées dans des processus industriels automatisés. On connaît un procédé dans lequel des mesures d'épaisseur sont effectuées à l'aide de rayons X ou de substances 10 radioactives. Toutefois, il n'est pas possible de procéder de la sorte à une mesure d'épaisseur dépassant 100 mm ; en outre, on doit prévoir un temps prolongé pour la mesure. Une autre possibilité pour déterminer des dimensions de pièces à usiner consiste à procéder par voie optique, ce qui 15 permet de déterminer les dimensions sans contact. La demande de brevet allemand mise à l'inspection publique sous le numéro 1 548 361 concerne un dispositif dans lequel l'objet à mesurer masque, dans deux' faisceaux de rayons parallèles, une partie de la section transversale de ces faisceaux. Les parties restantes 20 des faisceaux sont dirigées à travers des orifices en rotation qui laissent passer la lumière et au-dessous desquels sont montés des détecteurs fixes. Le temps pendant lequel ces détecteurs enregistrent une incidence de lumière constitue alors une mesure des dimensions de la pièce. Toutefois, en raison des 25 parties rotatives de ce dispositif, la précision de la mesure est faible. Dans la demiande de brevet allemand publiée sous le N° 1 803 285, il est également décrit un procédé optique de mesure d'épaisseur qui ne convient en tous cas que pour la 30 mesure de l'épaisseur de feuilles ou de plaques transparentes. Ce procédé utilise un rayon qui frappe sous un angle de 45° les feuilles ou plaques et qui est réfléchi sur la face supérieure et la face inférieure de l'objet à mesurer, dont l'épaisseur peut être déterminée à partir de la distance mesurée entre ces 35 faces. On connaît par ailleurs un dispositif de mesure pour déterminer la largeur de pièces à usiner. Il fait l'objet de la demande de brevet allemand publiée sous le N° 1 548 292. Une pièce auto-lumineuse ou une pièce non auto-lumineuse, laquelle 40 est alors éclairée sur ses bords, envoie au voisinage des bords, 72 17430 2 2137940 dont la distance doit être mesurée, des rayons à deux détecteurs. En cours de trajet, ces rayons sont convertis par un miroir tourant en impulsions de rayonnement, la forme des impulsions résultant des discontinuités de la lumière qui se 5 produisent sur les bords. A partir de la largeur des impulsions, il est alors possible de déterminer la largeur de la pièce à usiner. Toutefois, ce dispositif ne convient que pour déceler des écarts par rapport à line largeur de consigne de la pièce. Le dispositif doit être construit exactement d'après la largeur 10 de consigne de la pièce à usiner. L'invention a pour but de créer un procédé de mesure de longueurs sous forme digitale, qui soit applicable en particulier dans les processus industriels automatisés et qui permette de façon très générale la mesure sans contact de la lar-15 geur ou de l'épaisseur, par exemple de pièces à usiner qui sont déplacées rapidement ou qui sont opaques. Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce au fait que des faisceaux de laser sont déviés pas à pas sur la surface de la pièce par des déviateurs de lumière opto-20 acoustiques disposés au-dessus de cette pièce, y subissent une réflexion diffuse et sont enregistrés par dès détecteurs qui sont placés à quelque distance de la surface et qui ne peuvent recevoir que la lumière provenant d'une direction, et que les dimensions sont déterminées à partir de la différence de temps 25 entre le début de la déviation du faisceau et le signal du détecteur. Dans un premier mode d'exécution du procédé, qui convient de préférence pour la mesure de l'épaisseur, un faisceau lumineux, émis depuis la première extrémité d'une droite de 30 référence parallèle à la surface de la pièce, est dirigé vers un point de cette surface dont la distance à la droite de référence doit être mesurée ; il y subit une réflexion diffuse et il parvient à un récepteur placé à la seconde extrémité de la droite de référence. Par ailleurs, symétriquement par rapport 35 à l'axe médian horizontal de la pièce, un (second) faisceau lumineux, émis à partir de la première extrémité d'une seconde droite de référence, également parallèle à la surface de la pièce, est dirigé sur un point de la face opposée de la pièce, y subit une réflexion diffuse et parvient à un récepteur, lequel 40 est placé à la seconde extrémité de la seconde ligne de référence \ 72 17430 ' 2137940 et n'enregistre que la lumière qu'il reçoit d'une direction déterminée. Les erreurs de mesure, qui se produisent lorsque la pièce change de position par rapport aux droites de référence, peuvent être évitées par le second dispositif de mesure 5 prévu de l'autre côté de la pièce. De façon avantageuse, les distances entre les deux points de réflexion sur la pièce et les deux droites de référence sont déterminées électroniquement à partir des angles connus entre le faisceau lumineux incident ou le faisceau lumi-10 neux réfléchi et les deux droites de référence, ainsi qu'à partir des longueurs connues des droites de référence, et l'épaisseur est également déterminée électroniquement à partir de ces deux distances. Dans un deuxième mode d'exécution du procédé, qui 15 convient plus particulièrement pour la mesure de la largeur, deux faisceaux de laser sont déviés perpendiculairement aux bords de la pièce par des déviateurs de lumière opto-acoustiques qui sont placés au-dessus des bords qui déterminent la largeur de la pièce, et ils sont enregistrés par deux détecteurs, égale-20 ment disposés au-dessus de la pièce, lorsqu'ils ont subi une réflexion diffuse sur cette dernière. La distance entre les deux déviateurs étant connue, la largeur de la pièce est déterminée en particulier à partir de la différence de temps entre deux impulsions que produisent 25 les deux détecteurs au moment précis où les deux faisceaux lumineux coupent les bords de la pièce à mesurer. L'invention va être décrite de façon plus détaillée en référence au dessin annexé illustrant des exemples de mise en oeuvre du procédé qui en fait l'objet. 50 La figure 1 représente un dispositif pour la mesure de l'épaisseur de pièces à usiner. La figure 2 représente un dispositif essentiellement destiné à la mesure de la largeur de pièces à usiner. Les figures 3 à 6 reproduisent des diagrammes pour 35 déterminer la largeur à partir des signaux apparaissant au niveau des détecteurs. La figure 1 montre comment est mesurée l'épaisseur d'une pièce de matière 22 qui passe en regard du dispositif sur un tapis roulant et qui change donc de position : c'est pourquoi 40 deux positions différentes ont été indiquées. Un émetteur laser 72 17430 4 2137940 1, qui se compose d'un oscillateur laser 2 et d'un groupe déviateur 3, émet de la lumière à partir du point 9, pas à pas dans différentes directions dans le plan du dessin ; les faisceaux subissent une réflexion diffuse aux points 5 sur l'une 5 des faces de la pièce 22, jusqu'à ce que l'un des faisceaux parvienne exactement à travers les orifices 10 et 4 du récepteur et puisse être enregistré en arrière de ceux-ci. A cet effet, le faisceau en provenance de l'émetteur laser est dévié par le déviateur de lumière opto-acoustique 3 de sorte qu'il se pro-10 page le long de droites qui sont toutes dans un plan passant par la ligne de référence 8. En effet, si l'on fait passer des ondes sonores à travers un cristal, ce qui est possible par excitation au moyen d'un cristal piézoélectrique, un faisceau lumineux qui passe également à travers le cristal est dévié proportionnelle-15 ment à la fréquence acoustique. Le déviateur 3 et le récepteur 7 se trouvent sur une ligne de référence horizontale 8, ce qui donne lieu à un triangle 9, 5, 10 de hauteur 11. Un dispositif symétrique est prévu de l'autre côté de la pièce à usiner 22. A partir d'un second émetteur laser 12, qui se compose d'un 20 oscillateur laser 6 et d'un groupe déviateur 19, des faisceaux de laser, issus d'un point 20 d'une seconde ligne de référence horizontale 17, parviennent sur la pièce 22 dans des directions déviées pas à pas dans le plan du papier, subissent une réflexion diffuse aux points 13 sur la face de la pièce 22 qui 25 est opposée aux points 5, et traversent deux diaphragmes 14 et 21 d'un récepteur 15 placé sur la ligne de référence 17, pour y être enregistrés lorsque le faisceau qui arrive est orienté dans la direction déterminée par les diaphragmes 14 et 21. Ainsi est également formé, sur cette face inférieure, un trian-30 gle 20, 14, 13 de hauteur 16. Pour la détermination des hauteurs 11 et 16, il suffit de mesurer l'angle en 9 et l'angle |i en 20, à partir des signaux de commande des transducteurs piézoélectriques. Etant donné que les angles que forment, avec les lignes de référence 35 8, 17, les faisceaux déviés sur la pièce 22 et enregistrés dans les récepteurs 7 et 15, sont fixes et connus et qu'ainsi deux angles et le côté adjacent, respectivement 9, 10 et 20, 14, sont connus dans chacun des deux triangles 9, 5, 10 et 20, 14, 13, il est possible de déterminer électroniquement les distances 11 40 et 16 à partir de la direction de déviation des déviateurs. En 72 17430 5 2137940 effet, le faisceau de laser est dévié pas à pas dans de multiples positions et à chaque instant correspond une certaine direction du faisceau lumineux. A chaque direction du faisceau lumineux correspond alors d'une façon univoque une distance 5 déterminée de la pièce aux lignes de référence, si "bien que les informations électroniques présentes à l'instant des signaux des détecteurs n'ont "besoin que d'être transformées dans un calculateur électronique. Pour déterminer l'épaisseur de la pièce 22, les distances 11 et 16 sont alors soustraites 10 de la distance 18 entre les lignes de référence 8 et 17, également par des moyens électroniques. Le dispositif représenté sur la figure 2 est destiné plus particulièrement à la mesure de la largeur d'une pièce. Il présente un émetteur laser 23 qui produit, dans deux direc-15 tions opposées, des rayons laser qui sont dirigés, par les prismes de déviation 24 et 25, sur les deux déviateurs de lumière 26 et 27. De là, les deux faisceaux sont déviés perpendiculairement aux deux bords 28 et 29 de la pièce 30, bords qui déterminent la largeur de la pièce. Tant que les deux faisceaux 20 frappent encore la surface de la pièce, ils y subissent une réflexion diffuse et parviennent dans les détecteurs 31 et 32 qui enregistrent cette lumière. Lorsque les deux faisceaux sont déviés en dehors des bords 28 et 29 de la pièce, ils ne peuvent plus parvenir dans les détecteurs 31 et 32, La largeur de la 25 pièce 30 est déterminée par l'instant auquel les faisceaux lumineux qui frappent la pièce atteignent précisément les bords 28 et 29. C'est ce qui va être expliqué plus en détail à l'aide des figures 3 à 6. Les figures 3 à 6 reproduisent quatre diagrammes ; sur 30 la figure 3, la fréquence de déviation du déviateur 26 X 26 a été reportée en fonction du temps t. Par suite de l'augmentation par gradins de la fréquence, le faisceau lumineux qui sort du déviateur 26 est dévié pas à pas. Sur la figure 4, le signal lumineux I 31 reçu par le détecteur 31 a été reporté en fonction 35 du temps t. Pendant le temps At1, le faisceau lumineux dévié dépasse le bord 28 vers l'extérieur, de sorte qu'aucun signal a'est reçu. Ce n'est que quand le faisceau lumineux atteint la surface de la pièce 30 que le détecteur 31 enregistre un signal. Sur la figure 5 a également été reportée, en fonction 40 du temps t, la fréquence de déviation du déviateur 27 27, 72 17430 « 2137940 laquelle a aussi un tracé en gradins. Le détecteur 32 reçoit le signal ici inscrit au bout d'un temps At2 (figure 6, diagramme sur lequel la hauteur I 32 du signal a été reportée en fonction du temps t). En général, les faisceaux lumineux re-5 transmis par les déviateurs 26 et 27 atteindront les deux bords 28 et 29 de la pièce à des instants différents. A partir de cette différence de temps it, on peut déterminer la largeur de la pièce 30, au moyen de la formule B = b^ + K . At, dans laquelle bQ représente la distance entre les deux déviateurs de 10 lumière 26 et 27. En raison de leur commande électronique pratiquement sans inertie, les déviateurs de lumière opto-acoustiques conviennent très bien pour être en contact direct avec un calculateur numérique. Les procédés offrent donc la possibilité de 15 délivrer sous forme digitale les informations de mesure et ils permettent des mesures ultra-rapides, en moins de 1 milliseconde . 72 17430 7 2137940 REVENDICATIONS 1. Procédé pour la mesure rapide et sans contact de l'épaisseur et de la largeur de pièces usinées, caractérisé par le fait que des faisceaux de laser sont dirigés pas à pas sur la surface de la pièce à partir de déviateurs de lumière opto- 5 acoustiques disposés au-dessus de cette pièce, y subissent une réflexion diffuse et sont enregistrés par des détecteurs qui sont placés à distance de la surface et qui ne peuvent capter que la lumière provenant d'une direction, et que les dimensions sont déterminées à partir de la différence de temps entre le 10 début de la déviation du faisceau et le signal du détecteur. 2. Procédé pour la mesure d'épaisseur selon la revendication 1, d'après lequel un faisceau lumineux, émis depuis la première extrémité d'une droite de référence parallèle à la surface de la pièce, est dirigé sur un point de l'une des sur- 15 faces de la pièce dont la distance à la droite de référence doit être mesurée, y subit une réflexion diffuse et parvient à un récepteur placé à la seconde extrémité de la droite de référence, récepteur qui ne capte que la lumière le frappant en provenance d'une certaine direction, et d'après lequel par ail-20 leurs, symétriquement par rapport à l'axe médian horizontal de la pièce, un second faisceau lumineux, émis à partir de la première extrémité d'une seconde droite-de référence parallèle à la surface de la pièce, est dirigé sur un point de la face opposée de la pièce, y subit une réflexion diffuse et parvient à 25 un récepteur qui est placé à la seconde extrémité de la seconde droite de référence et n'enregistre également que la lumière qui lui arrive à partir d'une certaine direction, caractérisé par le fait que les distances entre les deux points de réflexion sur la pièce et les deux droites de référence sont déterminées 30 électroniquement à partir des angles connus entre les faisceaux lumineux incidents ou réfléchis et les deux droites de référence, ainsi qu'à partir des longueurs connues des deux droites de référence des deux côtés de la pièce, et que l'épaisseur est déterminée, également par voie électronique, à partir de ces 35 deux distances et de la distance connue entre les droites de référence. 3. Procédé pour la mesure de largeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que deux faisceaux de laser 72 17430 8 2137940 sont déviés perpendiculairement aux bords de la pièce par des déviateurs de lumière opto-acoustiques respectifs qui sont placés au-dessus des bords déterminant la largeur de la pièce, et ces deux faisceaux sont enregistrés par deux détecteurs, 5 également disposés au-dessus de la pièce, lorsqu'ils ont subi une réflexion diffuse sur la pièce. 4. Procédé selon la revendication 3> caractérisé par le fait que la distance entre les deux déviateurs étant connue, la largeur de la pièce est déterminée à partir de la différence 10 de temps entre deux impulsions que produisent les deux détecteurs au moment précis où les deux faisceaux lumineux coupent les bords de la pièce.