Brevet FR2248909A1 — publié le 19750523

La présente invention concerne un dispositif de mesure et d'usinage de pièces, dans lequel un porte-outil peut Qtre déplacé au moins suivant deux directions de coordonnées par rapport à un dispositif de mesure au moyen duquel le déplacement peut être mesuré, la fixation de la position du porteoutil s'effectuant par ltintermédiaire du dispositif de mesure à l'aide de rayons optiques et de récepteurs photoélectriques. On connatt des dispositifs de mesure et de réglage dans lesquels le déplacement d'au moins un chariot est mesuré dans au moins une direction de coordonnées par des moyens optiques et électroniques. Par suite d'imprécision dans le guidage du chariot, résultant de tolérances d'usinage, le chariot effectue un déplacement plus ou moins rectiligne dont les effets sur la mesure sont compensés par des moyens optiques et électroniques. Ces moyens ne sont cependant pas appropriés pour compenser des erreurs résultant de la détermination de la direction de déplacement par la direction nominale des coordonnées. Â cet effet il serait nécessaire de prévoir d'autres dispositifs de compensation. Les dispositifs de mesure et de réglage connus ne conviennent en outre pas à la mesure et au réglage précis suivant trois directions de coordonnées, du fait que la disposition optique et mécanique dans les directions de coordonnées successives n'assure pas une position fixe dans l'espace du faisceau des rayons de mesure. Ces dispositifs de mesure et de réglage connus ne fournissent de plus, aucune indication en ce qui concerne une réalisation permettant l'usinage et la mesure simultanés des pièces à fabriquer. En raison des efforts plus élevés auxquels est soumise une machine d'usinage, on a renoncé jusqu'à ce jour, à la combiner avec un dispositif de mesure.Cependant le déplacement d'une pièce à usiner, de la machine-outil vers l'appareil de mesure, constitue non seulement un travail supplémentaire mais provoque également une perte de précision laquelle se fait sentir et ne peut pratiquement pas être compensée, notamment dans le cas de pièces devant être usinées avec une grande précision. La présente invention a pour but de remédier a ces défauts et vise à créer un dispositif permettant l'usinage et la mesure de pièces sans changement d'outil tout en augmentant la précision de la mesure pendant les opérations d'usinage et de mesure. Conformément à l'invention, ce problème a été résolu du fait que les récepteurs photoélectriques sont disposés dans une tête de mesure montée sur le porte-outil, que le dispositif de mesure comporte des organes déviant les rayons optiques et qui suivent le déplacement relatif du porte-outil par rapport â la direction de mesure, que le dispositif de mesure présente des guides pour les organes optiques, qui sont séparés des guides du porte-outil et que le dispositif de mesure est relié rigidement au support des pièces à usiner. Abstraction faite de la diminution de travail et de l'augmentation de la précision on peut ainsi éviter également l'emploi de microscope et de proåec- teurs de centrage dont l'utilisation n'est pas toujours nécessaire lorsqu'il s'agit d'opérations d'usinage automatiques.Afin que l'on puisse également utiliser la tête de mesure de façon indépendante, elle peut être détachée du porte-outil. Dans ce cas la tête de mesure seule est déplacée sur les guides du porteoutil sans être en liaison avec ce dernier. Pour ne pas perturber le positionnement et la mesure de la position du porte-outil par suite du laps de temps nécessaire à l'inversion des moyens de commande, et de permettre une utilisation des moteurs de réglage dans une plage dynamiquement avantageuse, les directions de déplacement du porte-outil et les directions de déplacement correspondantes des organes optiques forment un angle aigu et défini. Il est avantageux de loger le dispositif de mesure et les guides associés dans un carter servant à la protection contre la poussière, à la climatisation et aération.Afin de compenser un décentrage des organes optiques transversalement à leurs directions de déplacement, ce qui constitue une source d'erreurs, on leur a associé au moins un récepteur photoélectrique et à chacun des organes optiques un moyen optique déviant les rayons. Une solution répondant à l'idée de base de l'invention, est obtenue lorsque les récepteurs photoélectriques sont montés sur le dispositif de mesure et la source lumineuse émettant les rayons optiques, est disposée sur la tête de mesure. L'invention peut trouver son utilisation dans l'industrie de la construction de machines-outils et d'appareils de mesure c'est=à-dire partout où il s'agit d'usiner et/ou mesurer des pièces à fabriquer; elle convient également à des rectifieuses destinées à la rectifica tion extérieure de corps ronds. La présente invention est expliquée à l'aide des dessins schématiques annexés, et décrite en détail ci-après. La fig. 1 est une perspective de la combinaison d'un dispositif de mesure et d'une machine-outil. La fig. 2 montre, en plan, une partie d'un bras du dispositif de mesure. La fig. 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la fig.2. La fig. 4 illustre, en élévation latérale, le montage de la tête de mesure sur le porte-outil. La fig. 5 montre le même montage que celui de la fig .4, mais su en plan. Conformément à la fig. 1 un dispositif de mesure 2 composé d'une colonne 3 et de deux bras 4, 5, ainsi su'unie table 6 destinée a' recevoir la pièce à usiner, non représentée, sont fixés sur le socle 1. Le bras 4 n'est représenté que partiellement par souci de clarté. Sur la colonne 3- et sur chacun des bras 4, 5 est fixé un guidage muni d'une échelle graduée et dont on voit partiellement les guides 7, 8 avec les échelles graduées 9, 10 sur lesquelles coulissent les organes optiques et dont seulement l'organe 11 associé au bras 4, est visible sur le dessin.Le dispositif de mesure comporte, en outre, une source lumineuse 12 et un prisme diviseur 13 qui divise un faisceau lumineux 14 à rayons parallèles, émis par la source lumineuse, en trois faisceaux parties 15, 16, 17 dirigés sur lés organes optiques qui sont disposés parallèlement par rapport aux guidages de la colonne 3 et des bras 4, 5. Le dispositif de mesure 2 est recouvert d'un carter 18 qui épouse la forme du dispositif de mesure et comporte sur la colonne 3 et sur les bras 4, 5, des ouvertures s'étendant pa rallèlement à ces derniers et qui peuvent être obturées par des rideaux reliés aux organes optiques.Au dessin le carter 18 est représenté, par souci de clarté, partiellement arraché et en conséquence on voit seulement les ouvertures 19, 20 dans les parties du carter entourant la colonne 3 et le bras 5, ainsi que le rideau associé en deux parties 23, 24 dégageant les fentes 21, 22. A travers les fentes les faisceaux lumineux partiels 15, 16, 17, réfléchis par les organes optiques, sont dirigés vers ltextérieur. Les rideaux 23, 24 sont reliés aux en droits 25, 26 avec les organes optiques se déplaçant le long des guides dans les parties de carter correspondantes, de la façon expliquée en détail des fig. 2 et 3. Sur/ou à c8té du socle 1 est disposé un guide 27 pour un chariot 28 d'une machine-outil qui porte un montant 29 muni de guides 30, 31 pour un système à chariot à deux mouvements perpendiculaires 32, 33. Ce chariot 33 sert de porte-outil et présente une broche 34 portant l'outil 35. Le porte-outil 33 est en outre muni d'un guidage 36 pour une tige qui porte à son extrémité une tête de mesure 37 laquelle est équipée de trois récepteurs photoélectriques, différentiateurs, dont seulement le récepteur 38 est visible, et de cinq palpeurs 39 à 43. Les récepteurs photoélectriques différentiateurs sur la tête de mesure 37 sont destinés à la réception des faisceaux lumineux 15, 16, 17 projetés à travers le rideau par les organes optiques. Ces derniers sont déplacés le long des guides de la colonne 3 et des bras 4, 5 par l'intermédiaire des circuits de réglage non représentés et reliés aux récepteurs photoélectriques différentiateurs, suivant des positions qui correspondent à la position de la tette de mesure 37 et aux trois directions de coordonnées prédéterminées par ces guides. Les guides sur la colonne 3 et les bras 4, 5 du dispositif de mesure 2 forment avec les guides 27, 30, 31 des petits angles qui sont néanmoins suffisamment grands pour ne pas répercuter les temps d'inversement des éléments de commande de la machine-outil et ceux des organes optiques. L'angle entre les guides du dispositif de mesure et les guides de la machine-outil peut, par exemple, être de 50. Cependant, la broche 34 sur le porte-outil 33 est parallèle au guide correspondant sur le bras 4. La disposition et la conception des organes optiques sont expliquées -en détail à l'aide des fig. 2 et 3 tout en se reportant parfois à la fig.1. On peut voir dans le carter 18, représenté partiellement arraché, le bras 4 avec un guidage 45 pour un chariot 46 auquel est reliée fixement une pièce mère 48 en prise avec une broche filetée 47. Cette dernière sert, ensemble avec un moteur de réglage, non représenté, au déplacement du chariot 46 le long des guides 45. La grandeur du déplacement peut être relevée sur une échelle graduée 49. Un rideau 50 est destiné à recouvrir une ouverture 51 dans le carter 18. Le rideau 50 est muni d'oeillets 52 qui sont guidés par l'intermédiaire de crochets 53, sur le chariot 46 et peuvent entre reliés à celui-ci. Sur le chariot 46 est monté, pivotant autour d'un axe parallèle au guide 45, un support 57.Ce dernier comporte une plaque de verre plan parallèle 54 munie d'un dispositif de réglage 69 et pivotant autour d'un axe formant un angle droit avec le support, qui porte en outre l'organe optique 11, un miroir partiellement transparent 55 et un récepteur photoélectrique différentiateur 56. Un élément 58 fixé sur le chariot 46, contient l'appui pour le support 57 ainsi que le moyen pour commander les mouvements de pivotement de ce dernier. Un autre élément 59 solidaire du chariot 46, comporte les moyens destinés à la lecture de l'échelle graduée. Le montage pivotant de la plaque de verre 54 et du support 57 sert à la mise au point de l'organe optique par rapport au faisceau lumineux 16. te carter 18 contient également un canal aération 62 présentant une tubulure d'entrée 60 et des ouvertures de sortie d'air 61. De l'air à une température déterminée avec précision, est soufflé par la tubulure 60 dans le canal 62 et l'air tempéré s'échappant par les ouvertures 61 permet de conserver la propreté et la température du dispositif de mesure à haute précision. Le faisceau lumineux 16 est réfléchi à angle droit en direction de la tette de mesure 37 par l'organe optique Il en traversant le miroir 55. Une partie 16' de ce faisceau est dérivée par le miroir 55 en direction du récepteur photo électrique différentiateur 56, qui répond à des déplacements perpendiculaires de l'organe optique 11 par rapport au guide 45 et parallèles au plan du support 57, fait pivoter par 1 'intermédiaire d'un circuit de réglage, non représenté, la plaque de verre 54 et reconduit de cette manière le faisceau lumineux partiel 16' dans la position d'alignement par rapport au récepteur photoélectrique différentiateur 56. Etant donné que l'organe optique Il est réalisé sous forme d'un prisme pentagonal il est insensible aux pivotements autour d'un axe parallèle à l'axe de pivotement de la plaque de verre 54. Les mimes explications, qui ont été données au sujet du bras 4 et de ltorgane optique 11, en se référant aux fig. 2 et 3, s'appliquent également, de façon correspondante, à la colonne 3 et au bras 5 avec les organes optiques associés. Une partie du porte-outil 33 (fig.1) avec le guide 36 et la tête de mesure 37 sont représentés aux fig. 4 et 5, la tête de mesure étant équipée des récepteurs photoélectriques différentiateurs 38, 63, 64. Sur la tige 44 de la tête de mesure 37 se trouve un nez 66 qui coopère, pour le verrouillage précis de la tete de mesure, avec une butée 67 du guide 36. Dans la position verrouillée, non représentée, la tête de mesure 37 occupe une position exactement de finie par rapport au porte-outil 33 et de ce fait également par rapport à l'outil 35. Dans cette position on peut simultanément usiner et mesurer, cependant dans la position déverrouillée, représentée au dessin, la tête de mesure peut, après avoir été déplacée dans le guide 36, être bloquée dans n'importe quelle position désirée par rapport au porte-outil au moyen d'une vis de serrage 68 et elle peut alors être utilisée pour mesurer des pièces déjà usinées. Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit en détail-, est le suivant : par suite du déplacement des cha riots 46, les organes optiques Il sont amenés dans la position désirée par rapport aux échelles graduées. La tête de mesure 37, ramenée dans sa position en butée, est ensuite conduite, par le déplacement des chariots 28, 32, 33, le long des guides 27, 30, 31, dans une position, définie avec précision, et dans laquelle les rayons 15, 16, 17 en position d'étalonnage, sont interceptés par les récepteurs photoélectriques différentiateurs 63, 38, 64. Pour l'usinage d'une pièce, non représentée, se trouvant sur la table 6, le porte-outil 33 et en conséquence également l'outil 35, guidés par la tête de mesure 37, changent leur position par rapport à la table 6. On obtient ce changement de position par le déplacement des chariots 28, 32, 33 le long de leurs guides 27, 30, 31 à l'aide d'éléments de commande, non représentés. Dans les récepteurs photo-électriques différentiateurs des courants sont alors engendrés qui commandent par l'intermédiaire de circuits de réglage, non représentés, un déplacement proportionnel des chariots 28, 32, 33 sur leurs guides 27, 30 et 31. Les organes 59 mesurent alors dans les différentes directions de coordonnées les grandeurs des déplacements. Le mouvement des chariots 46 entraine en meme temps le changement de position des fentes 21, 22 suivant toutes les directions de coordonnées dans lesquelles s'effectue le déplace ment.La tête de mesure 37 s'immobilise lorsque les organes 59 indiquent sur les échelles graduées 9, 49, 10, les valeurs devant être obtenues une fois l'usinage de la pièce fini. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits. Au lieu des organes optiques 11, sensibles à un déplacement transversal on peut également prévoir des organes optiques qui sont insensibles aux déplacements et aux bas cule- ments. Les échelles graduées 9, 49, 10 peuvent entre remplacées par des interféromètres au laser. A la place d'une source lumineuse 12, commune à toutes les directions de coordonnées, il est possible de prévoir une source lumineuse pour chacune des directions de coordonnées. L'angle aigu, nécessaire à l'usinage de la pièce, entre les guides 7, 45, 8 des organes optiques Il ou leurs chariots 46 et les guides 27, 30 51 des chariots 28, 32, 33 peut également être simulé au moyen d'une calculatrice. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure et d'usinage de pieces, dans lequel un porte-outil peut entre déplacé au moins suivant deux directions de coordonnées par rapport à un dispositif de mesure au moyen duquel le déplacement peut être mesuré, la fixation de la position du porte-outil s'effectuant par 1'intermddiaire du dispositif de mesure à l'aide de rayons optiques et de récep teurs photoélectriques, caractérisé en ce que les récepteurs photoélectriques sont disposés dans une tête de mesure montée sur le porte-outil, que le dispositif de mesure comporte des organes déviant les rayons optiques et qui suivent le déplace ment relatif du porte-outil par rapport à la direction de mesure, que le dispositif de mesure présente des guides pour les organes optiques, qui sont séparés des guides du porte-outil et que le dispositif de mesure est relié rigidement au support des pièces à usiner. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la tête de mesure est montée amovible sur le porte outil. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les directions de déplacement du porte-outil et les directions de déplacement correspondantes des organes optiques forment un angle aigu bien défini. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de mesure ainsi que les guides associés sont entourés d'un carter. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est associé aux organes optiques un récepteur photo- électrique supplémentaire et à chacun des organes optiques un organe pour dévier les rayons lumineux.