Brevet FR2253202A1 — publié le 19750627

La présente invention, due à Petr Nikolaevich ORLOV, Jury Ivanovich NESTEROV, Vasily Yakovlevich KUDASHOV, Alexandr Vasi lievich ZIMNYAKOV, concerne les dispositifs destinés à mesurer Les cotes et/ou les formes des rinces des machines et des machines-outils et plus précisément les dispositifs destinés à apprécier les écarts des cotes des profils ae la surface de la pièce, tant au cours du deplacement de cette dernière qu'à ses arrêts. in particulier, la présente invention concerne un appareil destine à contrôler l'usure des surfaces actives des rodoirs utilisés pour la finition des surfaces de précision de grosses pièces, immédiatement dans es conditions de l'atelier, Comme il est connu, les surfaces actives de l'outil stusent inévitablement au cours de t usinage des pièces, ce qui influe défavorablement sur la précision de l'usinage. C'est pourquoi, pour stabiliser la rescision de Itusinage pendant un temps, il est nécessaire de faire concorder périodiquement le régime d'usinage avec 'état cotes surfaces actives de l'outil. Parmi les opérations de finition, la méthode de rodage par abrasif des surfaces de précision des pièces est appliquée de plus en plus largement cans les cas o-a @'état de la surface active des rocoirs . par exemple la conservation de la planéité, détermine la precision de l'usinage des pièces des machines et des appareils. A l'heure actueile, il n'existe pratiquement aucun dispositif qui permettrait o contrôler es surfaces actives des rodoirs dans les conditions de l'atelier. En pratique, on utilise à cet effet les règles de précision équipées d'un dispositif comparateur pcurvu d'une touche. La rècle qui permet d'enregistrer le profil de la surface active du rodcir a l'aide d'un capteur inductif déplacé automatiquement suivant ladite règle, sur le papier quadrillé à millimètres à l'échelle requise, est actuellement la plus satisfaisante. L'inconvénient des dispositifs connus similaires consiste en ce qu'il est impossible de les utiliser pour mesurer le profil de la surface active de l'outil au cours du rodage des ces, immédiatement dans les conditions de l'atelier. La création d'un tel dispositif se heurte à un nombre de difficultés qui sont dues par exemple à la présence de la suspension abrasive sur la surface à contrôler, à la vibration des rodoirs, etc . Le dispositif envisagé doit satisfaire aux condi tions suivantes. Il doit avoir 1 relation univoque entre la valeur de sortie et la valeur d'entrée (absence d'hystérésis), posséder une hàute capacité sélective De capteur ne doit réagir qu'à la mesure d'une seule valeur à mesurer. La variation des caractéristiques sous l'influence des facteurs extérieurs (température, vibration, etc.) doit être minimale. On doit avoir en plus un genre déterminé de la relation entre les valeurs de sortie et d'entrée Ii est préférentiel qu'il soit linéaire.Il est nécessaire également qu'il soit caractérisé par une haute sensibilité, par la stabilité de la caractéristique à mesurer dans le temps, par la directivité de l'action, c'est-à-dire par l'absence de l'influence de la charge dans le circuit de sortie du capteur sur le régime du circuit d'entrée, par des caracté ristiques dynamiques déterminées (constante minimale de temps) et enfin par une capacité élevée de surcharqe (rapport admissi bie entre la valeur a'entrée et la valeur nominale) et par la tenue aux surcharges mécaniques, thermiques, électriques et aux autres surcharges. Ainsi, le but de la présente invention consiste à supprimer les inconvénients susmentionnés et d'autres inconvénients,et à mettre au point un tel dispositif, pour mesurer le profil de la surface de la pièce, qui permettrait d'apprécier la valeur de l'usure de la surface active du rodoir, immédiatement dans les conditions de l'atelier, lors de la finition des surfaces de précision des pièces, et qui pourrait être introduit dans le système de maintien automatique de la précision de la finition en tant que capteur On se propose de mettre au point un dispositif approprié i apprécier ies écarts de la cote prescrite sur tout secteur désiré de la surface à contrôler de la Pièce (rodoir) tant au cours de son déplacement qu'à l'arrêt, l'influence de la présence du liquide abrasif ou du lubrifiant sur la surface à mesurer, ainsi que de sa vibration, étant supprimées La problème posé est résolu par le fait que le dispositif pour mesurer les profils de la surface de la ce, conformément à la présente invention, comporte un groupe de mesureurs des cotes linéaires, disposés au-dessus de la surface à contrôler de la pièce aux points prescrits, et un diaphragme élastique qui peut intimement épouser la surface à contrôler de la pièce sur les secteurs à mesurer au relief. chacun qesdits mesureurs étant approprié à déterminer la distance jusqu'au secteur du diaphragme élastique se trouvant au-dessous de lui au moment où ladite plaque est appliquée contre la surface de la pièce. Cette solution permet de réaliser la mesure simultanément et pratiquement à toute zone prescrite du relief de la surface à contrôler de la pièce. Etant donné que les mesures sont réalisées jusqu'à l'emplacement du secteur du diaphragme élastique, il est possible de mesurer un relief compliqué des pièces en chol- sissant le matériau et la conception du diaphragme élastique, donc en la réalisant plus ou moins élastique ou flexible. Conformément à l'un des modes de réalisation de la présente invention, chaque mesureur comprend un organe sensible, captant le signal de mesure, et un élément mobile, dont la position par rapport à l'organe sensible détermine la valeur du signal de mesure, tous les éléments mobiles des mesureurs étant liés au diaphragme commun nommé diaphragme élastique. Le perfectionnement susmentionné permet d'appliquer différentes méthodes récentes de mesure des cotes, y compris les méthodes sans contacts (pneumaticues, inductives, capacitives, etc.) car en ce cas il est suffisant de mesurer la valeur du déplacement de chaque élément mobile desmesureurs relié au diaphragme commun par rapport à l'organe sensible correspondant du mesureur qui peut être monté fixe, ce qui est aussi commode au point de vue de la conception du dispositif. Conformémept à un autre mode de réalisation de la présente invention qui n'exclut pas l'application du perfectionnement susmentionné, le diaphragme élastique est réalisé sous forme de bande normalement disposée au-dessous de la surface à mesurer et portant des contacts ; les organes sensibles des mesureurs constitués par les capteurs inductifs de cote réagissent alors à la position desdits contacts. Conformément à un autre mode de réalisation de la présente invention, le dispositif a mesurer est pourvu d'un dispositif destiné à appliquer la bande élastique contre la surface à contrôler de la pièce au moment de la mesure et du retour de la bande à la position de départ. Ce perfectionnement donne la possibilité de mesurer le relief des pièces tant pendant le déplacement de cette dernière qu'aux arrêts de la pièce. Il est surtout avantageux d'appliquer cette conception dans Iessystèmes de controle des cotes dans la construction des machines lorsqu'il est nécessaire d'avoir l'information sur la valeur courante de la cote de la pièce au cours de l'usinage. Encore un autre mode de réalisation de la présente invention consiste en ce que le dispositif comporte une chambre pourvue d'un fond élastique, pour lequel est utilisée la bande élastique susmentionnée, et d'une entrée pour le fiuide comprimé amené à la chambre pour-appliquer son fond ou bande contre la pièce. Cette conception permet de mettre rapidement et aisément l'appareil de mesure , conformément à l'invention, en contact avec la surface à examiner et de ramener ledit appareil après la mesure à la position initiale, ce qui permet de réaliser le contrôle pendant le déplacement de la pièce à mesurer. Et enfin, il est avantageux de réaliser, conformément à l'invention, -le- diaphragme à partir de la bande en caoutchouc, qui à l'état étendu est collée par la feuille en laiton des deux côtés. Ladite solution assure les qualités optimales de l'élasti- cité et la tenue du diaphragme élastique de l'appareil. Les objets susmentionnés et d'autres objets de la présente invention ressortiront mieux de la description de l'exemple,cité ci-après, de réalisation du dispositif, conformément à l'invention, et des dessins annexés dans lesquels - la fig-. 1 schématise la vue d'ensemble du dispositif, conformément à l'invention, à la position de mesure de la surface du rodoir de finissage dans les conditions de l'atelier ; - la fig. 2 représente le schéma de principe du dispositif à mesurer les profils de la surface, conformément à l'invention. Examinons l'application du dispositif en question au contrôle du profil radial de la surface active du rodoir d'une machine à roder au cours du rodage des pièces. La precision de la forme géometrique de la surface de la pièce usinée sur la machineroutil dépend de l'état de la surface active du rodoir. Au cours de l'usinage de finition, la surface active du rodoir et la surface usinée de la pièce s'usent. La forme de la surface initiale (non usée) du rodoir contitue un plan avec des écarts de cote nominale compris entre 0,001 et 0,005 mm pour les rodoirs de 500 à 700 mm de diamètre. La forme de la surface active du rodoir est déterminée d'-après la loi de la répartition du travail mécanique dépensé pour l'usurpe suivant sa surface et dépend de la cinématique des organes actifs du mécanisme opératoire de la machine à roder, des paramè tes tech nologiques et dynamiques du procédé concret de rodage réalisé sur la machine-outil donnée.Atant donné que la surface active usée du rodoir est symétrique relativement à l'axe de rotation du rodoir, il est suffisant d'avoir l'information sur le profil e la surface active du rodoir dans sa section radiale pour l'apprécier. En vue d'obtenir la forme géométrique requise des surfaces usinées des pièces, le régime cinématique du réglage de a machine-outil est choisi automatiquement ou par l'opérateur en partant de l'état de la surface active du rodoir. Le dispositif à mesurer le profil de la surface comporte un élément de base réalisé sous forme d'une règle de précision (jauge) 1 (fig. 1, 2). La règle 1, réalisée sous forme de tige plane, dont la surface erientée vers la surface à mesurer constitue le plan, dont les écarts par rapport à la planéité sont compris entre 0.001 et 0,002 mm, est posée parallèlement à la surface active de départ du rodoir 4 ,à L'aide d'appuis réglables et 3, et sert de surface de base 5. Les appuis réglables 2, 3 sont disposés e en dehors de la surface active du rodoir d et et per- mettent de réaliser le déplacement de la règle 1 perpendiculairement au pian de la surface initiale du rodoir 4, dans les limites de zon usure maximale admissible.Sur la surface de base 5 de la règle 1 sont disposés les éléments sensibles des mesureurs ces écarts des cotes linéaires, qui sont constitués par des noyaux 6 avec les rorines ces capteurs inductifs 8. La face de chaque noyau @, orientée vers la surface à contrôler du ro dolr 4, est une curface plane rodée dont l'écart par rapport à la planéité est compris entre 0,5 à 1 , et posée parallèlement à la surface de base 5 de la règle @ avec la précision de 0,5 à 1 . La valeur à mesurer de l'écart par rapport à la planéité de la surface active du rodoir 4, cui est due à l'usure au cours ou rodage, est comprise dans ia limite de 20um à 1,5 mm.Le capteur inductif utilisé doit avoir la caractéristique de sortie dans la plage susmentionnée. On l'obtient au msyen d'un branchement différentiel de ses bobines 7 et en choisissant la valeur de la tension c'alimentation et de la valeur de la résistance des bosines 7. On utilise au moins trois capteurs 8. Le nombre maximal est déterminé par les dimensions du rodoir 4 et du capteur iui-même, a-Insi que par la précision requise de la mesure. Dans ce cas on emploie six capteurs 8. Les noyaux 9 des capteurs 8 sont placés sur le diaphragme élastique 10. Le diaphragme élas tique 10 est constitué par ia base élastique en caoutchouc de 1,5 à 2 mm d'épaisseur sur laquelle est collée ia reuille en laiton de 20 à 30 P d'épaisseur- . Le diaphragme élastique 10 est fixé entre les faces de deux cadres rectangulaires 11 è l'é- tat tendu.En conformité avec la dIspositIon des capteurs 8 sur la surface de base de la règle 1, du côté dudit diaphragme ainsi tendu , sont collés les noyaux 9 des capteurs 8 réalisés sous forme de corps plats de 2,5 mm d'épaisseur, dont le contour correspond à celui de la surface frontale des noyaux du capteur inductif 8. Le matériau desdits noyaux est identique à celui des noyaux 6 du capteur 8. De l'autre côté du diaphragme en caoutchouc susmentionné,au-dessus de chaque noyau 9, sont collées les butées en alliage réfractaire 12, réalisées sous forme de corps cylindrique, de 3 mm de diamètre et de 5 mm de hauteur avec la tolérance de 0,5 pour la hauteur.Le collage est réalisé de manière que les surfaces frontales des noyaux 9 et des butées 12 se trouvent dans les plans correspondants qui sont parallèles aux surfaces frontales libres du cadre 11. À l'état assemblé, la non-parallélisme des plans est de 1 au maximum. Sur la surface frontale supérieure de cadre 11 orientée vers la surface de base 5 de la règle 1 sont disposés les éléments de fixation 13, 14 , qui sont réalisés sous forme de corps cylin- driques de 10 mm de diamètre, avec la tolérance de 0,001 mm pour la hauteur par rapport à ladite surface frontale du cadre 11. A la position de départ (initiale), le cadre 1 est posé suivant les surfaces rodées desdits éléments de fixation 13, 14, en obtenant la parallélisme du plan du cadre et de la surface de base 5 de la règle 1, de manière que l'entrefer entre l'induit 9 et le noyau O de chaque capteur 8 soit égal à 0;01 mi å la position initiale. A la position de départ, ie cadre 1- est maintenu à l'aide des ressorts cylindriques 15, 16, dont une extrémité est fixée dsns la surface de base 5 de la règle 1, tandis que la seconde extrémité est posée dans l'embase des guides cylindriques 17. L'embase de chaque guide 17 est reliée,å l'aide d'une articulation sphérique 18, à la surface frontale supérieuÙe du ca dre 11. L'extrémité libre de chaque guide 17 peut s déplacer, dans le sens vertical,de 13 à r5 mm, dans une rainure cylindri- que débouchante appror-r'-e--e e la règle ce base 1. iŏur amener les butées en alliage réfractaire 12 en contact avec les secteurs à contrôler de la surface active du rodoir 4 au cours de la mesure, on fait appel au système de chargement qui est constitué par une source d'air comprimé 19, une soupape électromagnétique commandée 20 et une chambre hermétique du dispositif en question. Le fond de la chambre hermétique est constitué par le cadre rectangulaire il avec-le le diaphragme tendu 10. Les parois latérales 21 de la chambre sont réalisées à partir du caoutchouc gaufré. Tous les oints de la paroi latérale 21 de la chambre avec la surface de base 5 de la règle 1 et avec la surface supérieure frontale de la chambre, sont soigneusement collés La 2 pression dans la chambre-est choisie égale à 2-3 kgf/ cm par l'expérience. Cette valeur assure le contact intime des surfaces rodées des butées en alliage réfractaire 12 à la surface active du rodoir 4 dans la plage des valeurs de l'usure linéaire de la surface active du rodoir 4 dans la limite de 0,02 à 1,5 mm.Les signaux débités par chaque capteur 8 arrivent à l'entrée du bloc électronique spécial qui est constitué par une source stabilisée d'alimentation 22, les amplificateurs de filtrage 23 pour chaque capteur 8, un convertisseur 24 analogue-code, un registre de chiffres 25, un oscillateur pilote 26, un tableau lumineux 27 et un circuit de commande 28. Pour nettoyer de la suspension abrasive le secteur à contrôler de la surface active du rodoir 4, le disposi4'ifest équipé de brosses métalliques spécialesetderacleurs 29 disposés radialement le long de la règle de base 1 Le dispositif proposé Xnctionne de la manière suivante A. Préparation du dispositif au service (réglage du dispositif). Le dispositif pour contrôler le profil de la surface active du rodoir 4 est positionné d'après trois points, sur le bâti 30 de la machine à roder (non représentée), de manière que la règle de base 1 du dispositif passe à travers le centre du rodoir 4 et se trouve entre les bagues de rectification 31 de la machineoutil. A l'aide des appuis réglables 2, 3, on positionne la règle de base 1 parallèlement à la surface de départ du rodoir 4. A la position de départ, le cadre rectangulaire 11, ensemble avec le diaphragme élastique 10, stappuie par ses éléments de fixation 13, 14 sur la surface de base 5 de la regle 1. Ensuite, on met en jeu la soupape de régulation 20 et l'air comprimé est amené à la chambre hermétique. Le cadre Il avec le- diaphragme elastue descend jusqu'à ce que les butées en alliage réfrac taire 12 entrent en contact avec la surface de départ du rodoir 4 (le rodoir 4 est immobile). Puis, les capteurs 8 entrent en action et ltopérateur-inscrit la valeur du signal à la sortie de chaque amplificateur de filtrage 23 de chaque capteur 8.Ceci fait, on met en action l'entraînement du rodoir 4 qui lui impose la rotation et, en réglant l'amplificateur de filtrage de chaque rodoir 4, on supprime les perturbations dues à la présence de la crasse et des grains, de ltabrasif sur la surface du rodoir 4, qui ne sont pas enlevés par les brosses. En ce cas, la préparation du dispositif au service est terminée. On peut nommer cette étape réglage du dispositif. Le réglage du dispositif est réalisé une fois lors de la pose d'un nouveau rodoir 4. B. Mesure . Le procédé de contrôle de la forme de la surface active du rodoir est réalisé de la manière suivante. On enclenche l'oscillateur pilote 26 des impulsions de consigne qui les débite au circuit de commande -28 et synchronise le fonctionnement du dispositif sur le régime de service. Le circuit de commande 28 débite l'impulsion de consigne pour mettre en action la soupape de commande 20. Lorsqu'elle entre en action, l'air comprimé sous pression parvient à,la chambre hermétique, ensuite, pendant la pause qui dure 40 s ,-jusqu'-à ce que les processus transitoires,dans le, système mécanique du dispositif-se terminent.Ensuite, le circuit de commande 28 branche chaque canal (capteur 8), à tour de rôle, au convertisseur analogue-code 24.- Et le signal, débité par-chaque capteur 8, parvient au registre de chiffres 25 ayantpassé par l'amplificateur de filtrage 23 et le convertisseur 24 analogue-code et .s'y inscrit dans les décharges correspondantes. Après que l'information de tous les cap- teurs est inscrite dans le registre de chiffre 25, le circuit 28 de commande met en.action la soupape de commande 20. Le dispositif se trouve alors à l'état de départ. A ce moment, l'inscription est conservée dans le registre des @chiffres 25 jusqu'à la mesure suivante.L'opérateur peut avoir i'information sur le profil radial de la surface active du rodoir 4, il lui suffit de brancher le tableau lumineux 27 sur lequel est représenté l'écart approximatif du profil radial du rodoir de la rectili néarité en échelle, d'après cinq points Le dispositif propose ert au contrôler de la forme de toute surface ouelconcue conque LI est nécessaire en ce cas que les contours de la surface de base de la règle correspondent au contour de la surface à contrôler et que la surface de base ait la forme correspondant à idéale à contrôler. La dispositIon des points à contrôler (capteurs) satisfait aux conditions de l'approximation du microrelief de la surface. Bien au'on ait décrit l'un des exemples ae réalisation de la présente invention pour le cas particulier de la mesure de @'usure du rodoir de ffinition, la description citée ci-dessus n'est donnée qu'à titre d'illustration et ne limite pas le volume des revendicntions exposées aux points donnés ci-après. REVENDICATIONS 1. Dispositif à mesurer les profils de la surface de la pièce tant au cours du mouvement de cette dernière qu a ses arrêts, caractérisé par le fait qu'il comporte un groupe de mesureurs des cotes iinéaires disposés au-dessus de la surface à contrôler de la pièce aux points prescrits et un disphragme élastique qui peut épouser intimement la surface à contrôler de la pièce sur les secteurs à mesurer du relief, chacun desdits mesureurs étant approprié pour mesurer la distance jusqu'au secteur du diaphragme se trouvant au-dessous de lui au moment où ledit diaphragme ést appliqué contre la surface de la pièce. 2. Dispositif conformément à la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque mesureur comprend un organe sensible captant le signal de mesure et un élément mobile, dont la position par rapport à l'organe sensible détermine la valeur du signal de mesure, tous les éléments mobiles des mesureurs étant reliés au diaphragme élastique susmentionné - - 5. Dispositif, conformément aux revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le diaphragme élastique est constitué par une bande normalement disposée au-dessous de la surface et portant les contacts, dont la position est contrôlée par les organes sensibles des mesureurs qui sont constitués par les capteurs de cotes. 4. Dispositif conformément à la revendication 5, caractérisé par le fait qu'l est pourvu d'un dispositif destiné à appliquer la bande élastique contre la surface à contrôler de la pièce au moment de la mesure et à ramener la bande à la position de départ 5. Dispositif conformément à la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comporte une chambre pourvue de rond élastique qui est constitue par ladite bande élastique et d'une entrée pour le fluide comprime amené à la chambre pour 'appliquer contre ia pièce 6. Dispositif conformément à l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que le diaphragme élastique est constitué par une bande élastique qui est coti par une feuille en laiton de deux côtés.