Brevet FR2276558A1 — publié le 19760123

La présente invention concerne la mesure et le contre rapides et précis des épaisseurs. Elle vise tout particulièrement la mesure, indépendamment de tout plan de référence, des différentes épaisseurs de pièces de grandes dimensions (grande longueur et grand largeur), présentant des écarts dtépaisseurs importants, comme par exemple les panneaux à ossature intégrée pour avions qui comportent des faces alvéolées et peuvent avoir une surface de plusieurs mètres carrés. Les mesures de ce genre, qui peuvent porter sur un grand nombre de zones de la pièce à contraler, souvent éloignées des bords de celle-ci et pouvant offrir des épaisseurs très différentes, doivent être réalisées rapidement et avec une grande précision, de 11 ordre du centième de millimètre. Dans la technique actuelle, on emploie à cet effet des dispositifs utilisant des sondes à ultrasons, des dispositifs à rayons X, des cés de mesure portatifs, des cés de mesure avec plan de référence, des palpeurs potentiométriques, des palpeurs pneumatiques et de nombreux autres -dispositifs électromagnétiques, optoélectroniques, optiques, électrostatiques, etc. Ces dispositifs fournissent généralement des mesures de précision insuffisante et présentent des temps de mise en oeuvre importants. Certains d'entre eux offrent une grande rapidité de mesure et une excellente précision, mais sont d'un coût très élevé. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne un appareillage simple, fiable et peu coûteux permettant d'effectuer des séries de mesures très rapidement avec une précision de l'ordre du centième de millimètre, sur des pièces présentant d'importants écarts d'épaisseur. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de mesure dont deux exemplaires identiques, fermement accouplés et placés en vis-à-vis de part et d'autre de la pièce à mesurer constituent un appareillage de contrôle et de mesure d'épaisseur. Chaque dispositif comporte une tige coulissante de palpage portant un palpeur à son extrémité tournée vers la pièce à mesurer. Selon l'invention, cette tige coulissante est actionnée par un moteur qui lui communique, à partir d'une position initiale de référence déterminée et jusqutà l'arrSt de la tige par la pièce à mesurer, des mouvements de déplacement quantifiés en pas élémentaires d'amplitude constante et connue, dont le nombre donne une mesure de la course de la tige. I1 suffit alors de compter le nombre de pas effectués par chaque tige de palpage d'un appareillage selon l'invention, puis d'additionner les deux nombres enregistrés, pour en déduire directement, par différence avec le résultat obtenu initialement dans le cas d'une pièce d'épaisseur nulle (c'est-à-dire sans interposition de pièce entre les tiges de palpage en regard), ltépaisseur cherchée de la pièce à mesurer. Afin d'augmenter la rapidité de la mesure tout en lui conservant une excellente précision, il est avantageux de faire se rapprocher de la pièce à mesurer les tiges de palpage à une vitesse relativement grande et de ralentir le mouvement de chaque tige lorsque le palpeur arrive à une certaine distance de la face respective de la pièce. A cet effet, chaque palpeur peut coulisser longitudinalement, selon une course relative de longueur déterminée, à l'extrémité de la tige qui le porte, tandis qu'il tend à en sortir sous la sollicitation d'une force en direction de la pièce à mesurer.Ledit palpeur peut alors commander, au moyen d'organes de fin de course qui sont de préférence des contacteurs électriques, la décélération du moteur actionnant la tige lorsqu'il sJnWobESeepar contact avec la pièce à mesurer, puis l'arrêt du moteur lorsque la tige a parcouru une longueur supplémentaire égale à la course de coulissement du palpeur dans ladite tige. De cette manière, chaque tige de palpage, après une avance rapide en direction de la pièce à mesurer, s > arrête dans une phase de vitesse diminuée, ce qui assure à la fois une grande rapidité et une excellente précision de mesure. Dans une forme d'exécution avantageuse permettant de mesurer des pièces dont l'épaisseur varie selon une grande ampli tudentout en conservant faible l'inertie des pièces en mouvement, le moteur d'un dispositif actionne la tige par l'intermédiaire d'un ruban souple et inextensible attaché à l'extrémité de la tige opposée à la pièce à mesurer et maintenu sous tension mécanique permanente par une force sollicitant constamment la tige en direction de ladite pièce. Les forces sollicitant vers la pièce à mesurer part la tige et d'autre part le palpeur qu'elle porte peuvent autre obtenues d'une manière simple en injectant de l'air comprimé à l'intérieur de ladite tige réalisée sous la forme d'un tube coulissant. Un moteur convenant particulièrement bien à un dispositif selon l'invention est un moteur électrique pas à pas rapide, alimenté par un générateur d'impulsions de courant électrique déclenchable à fréquence programmée. Un tel générateur produit des impulsions dont la fréquence peut autre commandée selon un programme (pour obtenir en particulier la décélération de la tige de palpage) et dont l'émission peut ttre interrompue (pour obtenir 1'arrêt de ladite tige); en outre, ce générateur peut commander la rotation du moteur pas à pas dans un sens et dans le sens inverse. I1 convient d'associer à un appareillage selon l'invention des circuits électriques assurant la commande des générateurS, le comptage des impulsions émises pour les déplacements des tiges de palpage, le traitement des résultats de comptage et l'affichage des mesures ainsi obtenues à l'aide d'une paire de dispositifs de mesure montés en vis-à-vis. Un appareillage selon l'invention permet, grâce en particulier à la combinaison d'éléments activés à l'aide d'air comprimé et d'éléments activés électriquement, ces derniers fournissant les mesures à l'aide de circuits électroniques,d'ffectuer au moins une mesure d'épaisseur par seconde avec une précision dlenviron 10 microns, bien que sa construction soit réalisable pour un prix de revient modique. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. La figure 1 représente en perspective un dispositif de mesure d'épaisseurs selon l'invention. La figure 2 représente en élévation, avec coupe partielle, le dispositif de la figure 1. La figure 3 représente schématiquement les circuits électroniques de commande et de traitement associés à un appareillage de mesure composé de deux dispositifs selon les figures 1 et 2. Un appareillage de mesure et de contrôle selon l'invention comprend deux dispositifs de palpage tels que le dispositif représenté par les figures l et 2, montés rigidement en vis-à-vis et entre lesquels est placée la pièce dont on désire mesurer l'épaisseur. Ce dispositif comporte un b ti évidé 1 sur lequel est monté un moteur électrique 2; le pignon de sortie 3 de celuici s'engrène sur une roue dentée 4 dont le moyeu tourne librement sur un tourillon 32 solidaire du bati 1. Une poulie 5, solidaire de la roue dentée 4 et de mEme axe, est placée contre celle-ci et tourne librement avec elle. Ces éléments de transmission mécanique sont usinés et montés avec une très grande précision, de l'ordre du micron. Un ruban 6 en métal souple et inextensible est solidaire par une de ses extrémités de la gorgedeiapoulie 5 et s'enroule sur celle-ci d'une longueur inférieure à un tour. Le ruban 6 est fixé par son autre extrémité à un coulisseau 7 muni de deux manchons cylindriques 28 glissant le long de deux barres de guidage 10 parallèles solidaires par leurs extrémités du bâti 1 et montées dans l'évidement 33 de celui-ci. La partie centrale dudit coulisseau 7 comporte une ouverture cylindrique dans laquelle est fixé un tube 8 formant un cylindre mobile coulissant dans un trou alésé réalisé dans la semelle 31 du bAati 1.Tandis que le coulisseau 7 glisse le long des barres 10, l'intérieur du tube 8 se déplace autour d'un tube 9, solidaire du bti 1 par l'une de ses extrémités qui traverse ledit bAati, son autre extrémité formant un piston percé 34 à l'intérieur du tube 8. L'embouchure 35 du tube 9 extérieure au bati 1 est connectée, lorsque le dispositif est en fonctionnement, à une source d'air comprimé donnant une pression de l'ordre de 1,5 bar. L'extrémité du tube 8 extérieure au bAati 1 porte le palpeur 27 proprement dit, monté dans une pièce cylindrique 16 en matériau diélectrique pereée d'un trou cylindrique axial dans lequel il coulisse par une tige 36 portant à son extrémité extérieure un disque de touche 11 et à son extrémité intérieure au tube 8 un piston 14 dont le diamètre est légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube 8. Le disque 11 et le piston 14 sont métalliques. Deux plots 1) et deux plots 15 de contact électrique sont fixés sur la pièce 16 respectivement en regard du disque de touche 11 et du piston 14 et sont reliés par des câbles 17 à des circuits de commande du moteur 2 qui seront décrits plus loin. Le contacteur constituQbar les plots 15 et le piston 14 est fermé lorsque ce dernier est en contact avec ceux-ci sous l'action de l'air comprimé introduit dans le tube 9. I1 s'ouvre lorsque, bien que le piston 14 subisse toujours la pression de l'air comprimé, le disque de touche 11 entre en contact avec une pièce 37 dont il s'agit de mesurer l'épaisseur. Dans ce cas, le disque 11 est arrêté par ladite pièce, mais le tube 8 continue sa course jusqu'à ce que les plots 13 viennent en contact avec le disque de touche 11 du palpeur. On remarquera que le disque de touche 11 est constamment sollicité vers l'extérieur par l'air comprimé introduit à l'lntrieur du tube 8, car l'une des faces du piston 14 a une surface supérieure à celle de son autre face reliée à la tige 36.De ce fait, bien qu'il y ait un passage d'air sur la périphérie du piston 14, l'air injecté dans le tube 9 exerce une pression sur celui-ci, tendant à maintenir le palpeur 27 sorti, mQme lorsque le disque de touche 11 entre en contact avec la pièce à mesurer. Lorsque le contacteur forme par les plots 15 s 5 ouvre, il commande le ralentissement du moteur 2, et lorsque le contacteur formé par les plots 13 se ferme, il coiniande ltarrat dudit moteur 2, et cela au moyen des circuits de commande déjà mentionnés. Le moteur 2 régit, par l'intermédiaire du mécanisme de transmission précédemment déerit, qui comprend les organes 3,4,5, 6 et 7, les déplacements du tube 8 dans le b8ti 1. La mesure de la course du tube 8 est erfectuée par comptage des impulsions de courant électrique fournies au moteur 2 pour l'activer. Ce moteur est en effet du type pas à pas rapide et effectue un pas d'aspli- tude constante pour chaque impulsion reçue.La démultiplioation et le nombre de pas par tour sont par exemple tels que l'on ait un déplacement de 10 millimètres du tube 8 pour un tour du moteur 2 avec une résolution de 0,01 millimètre, le pignon de sortie dudit moteur pouvant dans ce cas comporter 12 dents, et la roue dentée 4 en comporter 180, la poulie 5 ayant un diamètre de 47,746 millimètres. La roue dentée 4 est de préférence réalisée en titane, de façon à avoir une inertie très faible. Le moteur 2 peut titre conçu de telle sorte qu'il effectue 400 pas par tour. Dans ce cas, le palpeur effectue un déplacement de 2,5 centièmes de millimètre par pas du moteur. L'effort de l'air comprimé sur le tube 8 n'est pas suffisant pour entraener le moteur 2. Cet effort maintient simplement le ruban 6 sous tension et annule le jeu du pignon 3 et de la roue dentée 4; il permet par suite d'obtenir une grande précision de mesure tout en utilisant un équipage mobile et un dispositif d'entratnement simples. Par contre, lorsque, après une mesure, le tube 8 doit autre rétracté pour passer à une autre mesure, le moteur 2 est suffisamment puissant pour vaincre l'action de l'air comprimé sur le tube 8 et faire rentrer ce dernier dans le bâti 1. Pour effectuer une mesure, on place la pièce 37 dont on désire mesurer l'épaisseur entre deux dispositifs de palpage semblables à celui qui vient d'être décrit, fermement accouplés par un support rigide convenable, puis on fait fonctionner les circuits électroniques de commande, décrits ci-après, qui permettent d'activer les moteurs 2à l'aide d'impulsions, chaque impulsion faisant tourner lesdits moteurs d'un pas d'amplitude déterminée, constante et connue. Ces impulsions sont délivrées suivant plusieurs séquences de fréquences différentes, de façon à rendre aussi rapide que possible l'approche des palpeurs vers les faces de la pièce, ainsi que le retour de ceux-ci en position rétractée. Dans une première phase, la fréquence des impulsions est croissante, jusqu'à une deuxième phase pendant laquelle la fréquence a la valeur maximale admissible par les moteurs; puis, lors d'une troisième phase, la fréquence décrits lorsque les palpeurs 27 ont touché la pièce et que le contacteur 15 est ouvert, pour devenir nulle lorsque le disque de touche 11 de chaque palpeur 27 ferme le contacteur 13. Le comptage du nombre total d'impulsions appliquées à chaque moteur à partir d'une position repère, définie par exemple par la mesure d'une pièce étalon, permet de calculer très simplement l'épaisseur de la pièce mesurée. Lors du retour des palpeurs en position totalement rétractée, un amortisseur torique 12 en élastomère, placé autour du tube 9 en appui contre le bti 1, évite tout choc du tube 8 sur ce dernier. La figure 3 représente schématiquement les circuits électroniques de commande d'une paire de dispositifs de mesure selon l'invention. Les références des éléments homologues correspondant à chacun des deux dispositifs sont respectivement affectés des indices a et b. Les moteurs 2a,b sont alimentés par des générateurs d'impulsions l9a,b à fréquence programmée, dont ils reçoivent par un fil 25a,b des impulsions de marche avant (causant la sortie en direction de la pièce 37 à mesurer des tubes 8 et des disques de touche lla,b) et par un fil 26a,b des impulsions de marche arrière (causant le retour dans le bâti des tubes 8 et des disques lla,b).Les impulsions émises sur les fils 25a,b 26a,b ont une fréquence variable et les générateurs l9a,b possèdent des bornes de commande qui permettent, par application de signaux convenables, de faire crotte la fréquence des impulsions (accélération), de la faire décroetre (décélération) ou d'arrêter toute émission d'impulsions (arrêt). Lesdites impulsions sont appliquées non seulement aux moteurs 2a,b, mais à des compteurs-décompteurs 20a,b qui sont mis à zéro pour des positions initiales de référence déterminées des deux tubes coulissants de palpage. Une pièce 37 à mesurer étant mise en place, l'actionnement d'un interrupteur 18 déclenche le départ du cycle de mesure en mettant en marche les générateurs 19a,b. Ceut-ci commencent à délivrer aux moteurs 2a,b des impulsions de marche avant en régime d'accélération, comptées par les compteurs-décompteurs 20a,b, la fréquence de ces impulsions croissant Jusqutà se stabiliser à une valeur maximale. Les moteurs font sortir, en approche de la pièce 37, les tubes 8 portant les palpeurs et leurs disques lla,b. Dès que ces derniers touchent la pièce, les contacts 15a,b stouvrent et commandent la mise des générateurs 19a,b en régime de déùélération. Puis les contacts 13a,b se ferment et commandent l'arrtt des générateurs.Les moteurs 2a,b s'immobilisent aussitôt et le compteur totalisateur 21, relié à la sortie des compteurs décompteurs 20a,b, contient alors la somme des impulsions que ces derniers ont comptées. Ce total est appliqué à un compteurdécompteur 22 qui effectue la différence entre le nombre d'impulsions mesurées des positions initiales à la pièce 37 à mesurer et le nombre d'impulsions des positions initiales jusqu'au contact des deux disques de touche lla,b entre eux. Ce deuxième nombre d'impulsions est déterminé au début d'une série de mesures et mis en mémoire dans ledit compteur-décompteur 22. Celui-ci donne donc le nombre d'impulsions correspondant à l'épaisseur de la pièce mesurée, dont la valeur se déduit par multiplication d'un facteur fixe égal à la course d'un tube 8 de palpage pour une impulsion. Ce facteur peut être introduit dans le dispositif d'affichage alphanumérique 24 qui reçoit le contenu du compteur-décompteur 22 et l'affiche sous l'autorisation d'une porte ET 23 dont la sortie délivre un signal de commande d'affichage dès que les deux contacteurs 13a,b sont fermés, ctest-à-dire lorsque les palpeurs ont tous deux achevé leur course de mesure. Le signal de sortie de la porte 23 déclenche également le retour des deux tubes de palpage par la remise en marche des générateurs d'impulsions l9a,b en régime d'accélération arrière. Les impulsions ainsi émises sur les fils 26a,b sont décomptées par les compteurs-décompteurs 20a,b qui délivrent respectivement auxdits générateurs un signal de décélération lorsque les tubes 8 ont encore environ 10 millimètres de course à accomplir et un signal d'arrêt lorsqu'ils sont revenus à zéro (positions de référence). On peut adjoindre un codeur binaire au dispositif d'affichage alphanumérique 24 de façon à permettre le traitement des résultats de mesure et leur introduction sur enregistreur à bande magnétique. On peut en outre prévoir un dispositif d'alarme signalant toute cote d'épaisseur de valeur erronée. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif de mesure et de contrôle de l'épaisseur de pièces telles que des panneaux de grandes dimensions, utilisé conjointement avec un deuxième dispositif identique, ces deux dispositifs, fermement accouplés, étant placés en vis-à-vis de part et d'autre de la pièce à mesurer et chaque dispositif comportant une tige coulissante de palpage portant un palpeur à son extrémité tournée vers la pièce à mesurer, caractérisé par le fait que la tige coulissante est actionnée par un moteur qui lui communique, à partir d'une position initiale ce référence déterminée et jusqu > à l'arrêt de la tige par la pièce à mesurer, des mouvements de déplacement quantifiés en pas élémentaires d'amplitude constante et connue, dont le nombre donne une mesure de la course de la tige. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le palpeur peut coulisser longitudinalement, selon une course relative de longueur déterminée, à l'extrémité de la tige qui le porte dont il tend à sortir sous la sollicitation d'une force en direction de la pièce à mesurer, et que ledit palpeur commande au moyen d'organes de fin de course la décélération du moteur actionnant la tige lorsqu'il s'arrête par contact avec la pièce à mesurer, puis l'arrêt du moteur lorsque la tige a parcouru une longueur supplémentaire égale à la course de coulissement du palpeur dans ladite tige. 3. - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le moteur actionne la tige par l'intermé- diaire d'un ruban souple et inextensible attaché à l'extrémité de la tige opposée à la pièce à mesurer et maintenu sous tension mécanique permanente par une force sollicitant constamment la tige en direction de ladite pièce. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la tige portant le palpeur est creuse et coulisse autour d'un tube coaxial fixe formant un piston creux à l'une de ses extrémités et alimenté par son autre extrémité en air comprimé qui fournit la force sollicitant la tige vers la pièce à mesurer. 5.- Dispositif selon l'une quelconque desievendications 2 à 4, caractérisé par le fait que le palpeur comporte, à son extrémité intérieure à la tige coulissante creuse, un piston par lequel l'air comprimé le sollicite également en direction de la pièce à mesurer. 6. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le moteur est un moteur électrique pas à pas rapide, effectuant un pas d'amplitude constante pour chaque impulsion que lui applique un générateur d'impulsions de courant électrique déclenchable à frequence programmée. 7. - Dispositif selon les revendications 2 et 6, caractérisé par le fait que les organes de fin de course du palpeur sont constitués par deux contacteurs électriques qu'il actionne successivement, respectivement au début et à la fin de sa course de coulissement relatif dans la tige qui le porte. 8.- Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que le déplacement de la tige coulissante portant un palpeur est mesuré par un compteur-décompteur recevant les impulsions appliquées au moteur durant une course totale de ladite tige, les résultats de comptage des compteurs-décompteurs des deux dispositifs qui forment un appareillage de mesure d'épaisseur étant additionnés dans un compteur totalisateur commun.