Brevet FR2201453A1 — publié le 19740426

La présente invention concerne un bloc de référence pour calibrer un instrument indicateur d'une machine universelle à mesurer. L'exécution de mesures de précision au moyen d'instruments optico-mécaniques exige souvent la connaissance de la distance exacte entre la bille du palpeur de l'instrument et le plan supportant I1 objet à mesurer. La valeur exacte connue de cette distance est alors comparée à la valeur montrée par l'instrument indicateur afin de pouvoir calibrer l'instrument avant d'effectuer la mesure désirée. On sait que l'on exécute normalement ce calibrage au moyen. d'une bille indéformable de dimension connue. On positionne la bille en contact avec la face de la machine à mesurer ; en amenant successivement le palpeur en contact avec la bille en deux points d'abscisses égales par rapport à l'origine d'axes cartésiens orthogonaux situés sur la face, et appartenant respectivement aux moitiés inférieure et supérieure de la bille, on lit sur une échelle de l'instrument de mesure les deux valeurs relatives à la distance de ces points à la face. En ajoutant ces deux valeurs et en divisant par deux la somme obtenue, on obtient la valeur de la distance entre la face et un point de même abscisse que les points mentionnés ci-dessus et placé au milieu d'une ligne droite reliant ces deux points. Un tel point appartient au plan qui passe par le centre de la bille et est parallèle à la face et, par conséquent, il est à une distance de la face qui est égale au rayon de la bille. Ce rayon étant défini exactement puisque la bille est un étalon de référence, la valeur obtenue comme résultat des deux mesures est différente de celle du rayon de la bille d'une quantité égale à l'erreur de calibrage de l'instrument. La connaissance de cette valeur permet de calibrer l'instrument. Comme il ressort de la description précédente, le procédé de calibrage au moyen d'une bille de référence est plutôt compliqué et, outre qu'il exige une durée assez longue, il est susceptible de donner lieu à des erreurs, même s 'il est mis en oeuvre par un personnel très qualifié, à cause de la sensibilité médiocre qu'implique ce procédé. Dri effet, les projections sur les axes de coordonnées de tout arc de circonférence sont toujours plus petites que la longueur de l'arc; par conséquent, tout déplacement du palpeur sur la bille de manière à décrire un arc de circonférence, projeté sur les axes cartésiens orthogonaux, engendre des variations de lecture sur les index détectant les déplacements le long desdits axes, lesquels sont inférieurs à la valeur du déplacement curviligne du palpeur. I1 s'ensuit que l'opération de calibrage effectuée suivant le procédé décrit ne présente pas de bonnes caractéristiques de répétition et, par conséquent, réduit la fiabilité de ces mesures se référant à la face. Par ailleurs, le positionnement direct d'un point dont la distance à la face est connue exactement est pratiquement impossible en utilisant une telle bille parce que, en particulier quand la bille est plus grande qu'une certaine dimension, la différence d'abscisse ou de distance de la face, entre des points appartenant à un arc de circonférence dont les extrémités se trouvent près dudit point de distance connue, est très limitée ;; par conséquent, les déplacements du palpeur sur la surface de la bille pour positionner le point de référence autour duquel les déplacements le long d'un axe dans le même sens produisent des déplacements en sens inverse dans l'axe perpendiculaire au premier, lesdits deux axes étant contenus dans un plan perpendiculaire à la face, ne pourraient pas être déterminés avec assez de précision par les instruments indicateurs optico-mécaniques de la machine à mesurer. La présente invention a pour objet un bloc de référence qui permet d'effectuer avec précision, au moyen d'une seule mesure, le calibrage de l'instrument indicateur d'une machine universelle à mesurer, ledit calibrage étant de plus réalisable rapidement et permettant de bonnes caractéristiques de répétition. Selon la présente invention, un bloc de référence pour le calibrage d'un instrument indicateur d'une machine universelle à me mesurer, ladite machine présentant une face sur laquelle est placé ledit bloc et comportant un palpeur qui possède au moins une bille pouvant être amenée en contact avec la surface dudit bloc, est caractérisé en ce qu'il comprend au moins une paire de corps pleins se coupant l'un l'autre, la surface latérale desdits corps pleins pouvant être coupée au moins par un plan perpendiculaire à ces deux corps et perpendiculaire à ladite face, de manière à obtenir dans ledit plan le profil d'une cavité, ledit profil ayant un axe de symétrie et ledit axe étant placé à une distance connue et constante de ladite face, de sorte que lorsque l'on positionne ladite bille de palpeur en contact avec des points symétriques dudit profil, le centre de ladite bille appartient audit axe de symétrie et que ledit instrument indicateur peut être calibré par une seule opération de positionnement de ladite bille. Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue de face d'une première machine universelle à mesurer comportant des instruments opticomécaniques et appropriée pour l'utilisation du bloc de référence selon la présente invention. La figure 2 est une élévation latérale montrant un premier mode de réalisation du bloc de référence selon l'invention, et une extrémité du palpeur de la machine à mesurer reposant sur le bloc de référence. Les figures 3, 4 et 5 sont des vues en perspective respectivement d'un second, d'un troisième et d'un quatrième mode de réalieetxon du bloc de référence selon l'invention. La figure 6 est une élévation latérale d'un cinquième mode de réalisation du bloc de référence selon l'invention. La figure 7 est une élévation latérale en coupe d'une partie du bloc de référence de la figure 2. Les figures 8 et 9 sont des élévations latérales en coupe de deux autres modes de réalisation de la partie du bloc de référence de la figure 7. La figure 10 est une vue de face d'une seconde machine universelle àmesurercomportant des instruments optico-mécaniques et appropriée pour l'utilisation du bloc de référence selon la présente invention. La figure il est une élévation latérale de deux palpeurs de la machine à mesurer de la figure 10 pendant une étape de calibrage. Sur la figure 1 on a représenté une machine universelle à mesurer comprenant une base 1 sur laquelle est monté un coulisseau qui constitue la face ou le plan support pour le bloc de référence ainsi que pour l'objet à mesurer ; ledit coulisseau peut se déplia cer suivant deux axes perpendiculaires entre eux et contenus dans le plan support. La machine à mesurer comprend aussi une colonne 3 sur laquelle sont disposés deux instruments indicateurs 4 et 5 et un palpeur 6 mobile verticalement, c'est-à-dire perpendiculairement à la face ou au plan support, et qui comporte à ses extrémités deux billes de référence 7. L'instrument indicateur 4 comprend une échelle qui sert à mesurer les déplacements verticaux du pa-lpeur 6 ; l'origine de cette échelle a comme référence le plan support. L'instrument indicateur 5 comporte une échelle avec une marque fiducielle qui permet de contrôler les déplacements du palpeur 6 dans une direction parallèle au plan support. Le mode de réalisation du bloc de référence selon l'invention représenté sur la figure 2 comprend deux troncs de cône droit il de mêmes dimensions et coaxiaux, comportant des petites bases réunies correspondantes 12 et des grandes bases 1) qui constituent les bases de deux cylindres 14 de même hauteur et coaxiaux aux troncs de cône 11. Le mode de réalisation de la figure 3 diffère du précédent en ce qu'il comporte deux cylindres 17 et 18 de hauteurs différentes. La figure 4 représente un mode de réalisation du bloc de référence dans lequel pour chacune de deux paires 21 et 22 de troncs de cône droit coaxiaux, lesdits troncs de cône sont réunis à leur petite base, alors que leur grande base appartiennent respectivement à des bases de cylindres 23, 24 et 25. Le mode de réalisation représenté sur la figure 5 comprend deux troncs de pyramide 31 qui sont droits et à base rectangulaire, dont les petites bases 32 sont réunies et correspondent et cl nt les grandes bases 33 appartiennent aux bases de deux parallélépipèdes droits 34. La figure 6 représente un autre mode de réalisation du bloc de référence selon la présente invention ; ledit bloc de référence se compose de deux troncs droits de cylindre 41 et 42, dont les bases respectives 43 et 44 sont parallèles au plan support, et les bases 45 et 46 sont contenues dans des plans qui forment un angle aigu 5 avec le plan support. Les bases 45 et 46 forment aussi les grandes bases de deux troncs de cône 47 et 48 à angles au sommet égaux et dont les axes forment, avec l'axe perpendiculaire au plan support, des angles égaux entre eux et égaux à l'angle 6. Lesdits tronc de cône, dont les distances entre bases sont différentes, ont des petites bases 49 réunies et correspondantes, continues dans un plan incliné par rapport au plan support. La figure 7 représente une partie du profil du bloc de référence représenté sur la figure 2 ; ledit profil consiste en deux lignes droites 51 formant entre elles un angle aigu, qui appartiennent à des génératrices des troncs de cône 11, et coupent les lignes droites 52 appartenant à des génératrices des cylindres 14. ;ur la même figure, on a aussi représenté la bille 7 du palpeur dans sa position de mesure, c' est-à-dire en contact avec les lignes droites 51. Sur la figure 8, la partie de profil, qui était formée par la figure 7 par les lignes droites 51, consiste en deux portions courbes 54 dont la courbure a un sens qui est de nature à former sur le bloc de référence une encoche à surface concave. ;3ur la figure 9, au contraire, le profil consiste en deux portions courbes 56 dont le sens de la courbure est de nature à former sur le bloc de référence une encoche à surface convexe. La figure 10 représente une machine à mesurer à instruments optico-mécaniques, qui comprend un coulisseau 61 mobile verticalement constituant le plan support pour le bloc de référence ainsi que pour l'objet à mesurer. De plus, il est prévu deux palpeurs 52 et 63 à bille, dont l'un peut se déplacer aussi bien verticalement que dans des directions parallèles au plan support. Le fonctionnement du bloc de référence selon la présente invention est le suivant. Le bloc de référence, par exemple celui qui est illustré sur la figure 2, est placé avec la base du cylindre 14 sur le plan support du coulisseau 24 appartenant à la machine à mesurer de la figure 1. Une bille 7 du palpeur est amenée en contact avec les surfaces du tronc de cône 11 (figure 2). Les deux surfaces des trons de cône cités plus haut définissent, dans un plan perpendiculaire au plan support et appartenant au faisceau de plan passant par l'axe du bloc de référence, un ongle dont la valeur est constante quel que soit le plan choisi parmi ceux du faisceau, et dont la bissectrice est ituée à une distance connue et constante de la face de la machine à mesurer. Le centre de la bille 7 du palpeur, qui détermine 1 valeur lue sur l'échelle de l'instrument, appartient dans cette position de mesure (figure 2) à ladite bissectrice et, par conséquent, on peut calibrer immédiatement l'instrument en comparant la valeur connue à la valeur resurée. La coincidence du centre de la bille avec ladite bissectrice est obtenue aisément en manoeuvrant le mécanisme qui détermine les déplacements du palpeur. Il est placé dans la position à partir de laquelle se produit à partir d'elle, à la suite d'un déplaceinent vertical du palpeur, une inversion du sens de déplacement de l'index de l'instrument 5, qui mesure les déplacements le long d'un axe dans le plan support. iln effet, en supposant que la bille est en contact avec la surface du tronc de cône 11 supérieur, et si la bille est abaissée en direction du plan support, toujours en contact avec ladite surface et son centre étant contenu dans l'un des plans du faisceau, il s'ensuit un déplacement dans un certain sens de l'index de l'instrument 5. Lorsque le centre de la bille 7 appartient à la bissectrice de l'angle formé par les lignes droites 51 (figure 7), la bille continuant à descendre, il se produit une inversion de la projection du mouvement de la bille le long de l'axe parallèle au plan support, et ceci peut être détecté par l'inversion du mouvement de l'index de l'instrument 5. De cette façon, lorsque le centre de la bille 7 coïncide avec ladite bissectrice, en lisant la valeur donnée par l'instrument 4, et puisque la distance entre la bissectrice et le plan support est connue exactement, il est possible de calibrer immédiatement l'instrument de la machine de mesure. Dans le cas d'un bloc de référence (voir figure 3) à deux cylindres 17 et 18 de hauteurs différentes, selon la base qui est placée sur le plan support, il existe deux distances différentes de la bissectrice au plan support, c'est-à-dire deux niveaux différents de référence. I1 est évident, et comme représenté sur la figure i, qu'un bloc de référence selon l'invention peut comprendre plusieurs paires de troncs de cône reliés par des cylindres de hauteur différentes, de manière à obtenir divers niveaux de référence selon la bissectrice choisie et selon la base placée en contact avec le coulisseau 2. De plus, on peut obtenir divers niveaux de référence de valeurs progressive en utilisant une série des blocs de référence décrits. On utilise le bloc de référence représenté sur la figure 5 de la même manière que ceux décrits précédemment, en obtenant ainsi la coincidence du centre de la bille 7 du palpeur avec la bissectrice de l'angle déterminé par l'intersection des troncs de pyramide 31 avec un plan perpendiculaire au plan support et parallèle à un côté des bases desdits troncs de pyramide. Par contre, si l'on utilise le bloc de référence représenté sur la figure 6, puisque le plan 49 contenant les petites bases des deux troncs de cône 47 et 48 est incliné par rapport au plan support, les bissectrices des angles obtenus par l'intersection dudit bloc de référence avec un faisceau de plans perpendiculaires au plan support et passant par l'axe dudit bloc de référence sont situées à des distances différentes du plan support. De cette façon, il est possible d'obtenir un niveau de référence différent selon le plan choisi parmi ceux du faisceau. Il est donc possible, en partant d'un plan de référence dudit faisceau, d'obtenir une correspondance connue entre l'angle formé entre tout autre plan dudit faisceau et ledit plan de référence, et la distance de la bissectrice correspondante au plan support. Il est par conséquent évident que le bloc de référence selon l'invention, dans ses divers modes de réalisation décrits, rend possible la détermination de la valeur connue d'une distance directement par une simple mesure et avec beaucoup plus de précision que dans le cas des procédés de la technique antérieure. :an effet, en appliquant une inclinaison appropriée, par rapport a l'axe, des génératrices en ligne droite de la surface du tronc de cône, il est possible d'obtenir, selon les déplacements du palpeur le long de ladite surface, des composants, suivant l'axe vertical et un axe horizontal du plan support, qui sont à peu près éfflaux, en obtenant ainsi à peu près la même sensibilité sur les instruments indicateurs 4 et 5. Dans le cas du profil représenté sur la figure 7, l'angle entre les lignes droites qui offre la sensibilité simultanée mati~ male des instruments indicateurs 4 et 5 est de 900. La forme convexe du profil représenté sur la figure 9 est celui qui permet la meilleure sensibilité du procédé de mesure décrit dans le présent mémoire. L'opération de calibrage qui, par l'utilisation du bloc de référence selon l'invention, peut être effectuée avec précision même par une timin-dloeuvre à peine spécialisée, présente d'excellentes caractéristiques de répétition ; à la suite de nombreux essais, il s'est avéré que la déviation maximale dans une série de mesures de calibrage, concernant le même niveau de référence, peut être maintenue sans difficulté à moins de 0,001 mm. La figure 10 représente une autre machine à mesurer utilisant les mêmes blocs de référence que ceux décrits précédemment. On place sur un coulisseau 61 la base d'un cylindre du bloc de référence 2 ensuite, de la manière décrite précédemment, on amène le centre de la bille d'un palpeur 62 en coincidence avec la bissectrice de l'angle déterminé par les surfaces du tronc de cône ; dans ce cas, on peut y arriver en déplaçant varticalement le coulisseau 61. Ensuite, on aligne l'axe horizontal d'un palpeur 63 avec l'axe du palpeur 62, comme représenté sur la figure 11, de manière à obtenir l'égalité des distances des centres des billes des palpeurs 52 et 7 au plan support. Au moyen du bloc de référence selon la présente invention, il est également possible d'obtenir un ajustement automatique consistant en un auto-centrage au moyen d'un système d'équilibrage (non décrit dans le présent mémoire) qui sensibilise le palpeur pour qu'il se dispose luimeAme dans une position d'équilibre stable, déterminé par les deux surfaces de contact sur lesquelles la bille du palpeur exerce une pression. Il va de soi que des modifications peuvent etre apportées aux modes de réalisation qui viennent d'entre décrits, notamment par substitution de moyens tecleliques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. LVxlDICaTIOlT,. 1. Bloc de référence pour le calibrage d'un instrument indicateur d'une machine universelle à mesurer, ladite machine présentant une face sur laquelle est placé ledit bloc et comportant un palpeur qui possède au moins une bille pouvant être amenée en contact avec la surface dudit bloc, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une paire de corps pleins se coupant l'un l'autre, la surface latérale desdits corps pleins pouvant être coupée au moins par un plan perpendiculaire à ces deux corps et perpendiculaire à ladite face, de manière à obtenir dans ledit plan le profil d'une cavité, ledit profil ayant un axe de symétrie et ledit axe étant placé à une distance connue et constante de ladite face, de sorte que lorsque l'on positionne ladite bille de palpeur en contact avec des points symétriques dudit profil, le centre de ladite bille appartient audit axe de symétrie et que ledit instrument indicateur peut être calibré par une seule opération de positionnement de ladite bille. 2. Bloc de référence selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit profil est formé par deux lignes droites provenant de la même origine et formant un angle, et en ce que ledit axe de symétrie est la bissectrice dudit angle. v. Bloc de référence selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit profil est formé par deux lignes courbes, le sens de la courbure de chaque ligne étant de nature à former une surface concave pour lesdits corps pleins. 4. Bloc de référence selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit profil est formé par deux lignes courbes, le sens de la courbure de chaque ligne étant de nature à former une surface convexe pour lesdits corps pleins. 5. Bloc de référence selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque paire de corps pleins est une paire de troncs de cône dont les petites bases sont égales et se correspondent. 6. Bloc de référence selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque paire de corps pleins est une paire de troncs de pyramide dont les petites bases sont égales et se correspondent. 7. Bloc de référence selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'axe de ladite paire de troncs de cône ou de pyramide forme, avec la perpendiculaire audit plan support, le même angle, et en ce que les hauteurs des cônes ou pyramides correspondants formant ladite paire sont différentes, lesdites petites bases étant situées dans un plan incliné par rapport au plan support de manière à obtenir, pour les divers plans perpendiculaires auxdites surfaces, des distances différentes des bissectrices correspondantes audit plan support. 8.- Bloc de référence selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdites petites bases sont situées dans un plan parallèle audit plan support, la bissectrice dudit angle appartenant audit plan support. 9.- Bloc de référence selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les grandes bases de ladite paire de corps pleins correspondent aux bases d'autres corps pleins dont la surface latérale est obtenue par des génératrices en ligne droite perpendicu laires audit plan support. 10.- Bloc de référence selon la revendication 9, caractérisé en ce que les grandes bases de ladite paire de corps pleins ont la même forme et la meome dimension que les bases desdits autres corps pleins. 11.- Bloc de référence selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins l'un desdits autres corps pleins dont les deux bases correspondent auxdites grandes bases de deux corps différents de ladite paire de corps pleins.