Brevet FR2318402A1 — publié le 19770211

L'invention concerne un dispositif palpeur ou transmetteur de position destiné å déterminer la position d'un produit. Il permet par exemple d'apprécier une variation de ladite position et d'en déduire en particulier ltépaisseur du produit, ou encore de positionner un objet à une distance fixe dtune surface du produit. On l'utilisera ainsi pour le contrôle dimensionnel de produits en défilement, ou pour maintenir un dispositif optique à une distance précise de tels produits, par exemple pour leur examen microscopique. Une autre application est celle de la recopie du produit sur machine à copier. Jusqu'ici on emploie pour de telles applications des palpeurs formés d'une touche en matériau dur et poli, portés par une tige coulissante ou articulée dont la position, lors du contact de la touche avec le produit, est repérée ou transmise par tout moyen mécanique hydraulique ou électrique. Une telle touche est sujette à ltusure et de plus lorsque le produit se déplace, le frottement induit des efforts dans les moyens de guidage de la tige. On connatt par ailleurs des capteurs fluidiques de jeu, qui utilisent l'effet de contrepression sur ltécoulement d'un fluide issu d'une buse, lorsque celle-ci se rapproche d'un produit, ce qui permet de mesurer le jeu entre buse et produit. Une telle buse dite de proximité peut Autre ellemême fixée à une tige dont un mouvement est asservi à ladite contrepression de telle sorte que le jeu entre buse et produit soit constant, et la mesure de la position de la tige indique la position de la buse, qui devient alors un palpeur suiveur sans contact. Un tel dispositif est décrit en particulier dans l'article "Fluidic gaging application de la publication "Pluidics Quarterly" n 21 Vol. 5 n 4 de octobre 1973 publiée par DELBRIDGE PUBLISHING COMPANY à ÂNN ARBOR, MICHIGÂN, Etats-Unis d'Amérique. Dans ce dispositif connu, le mouvement de la tige est produit par action d'air comprimé asservi à la contrepres- sion et agissant sur une capsule anéroïde élastique liée à cette tige, et c'est la mesure de la pression d'air comprimé qui indique la position du palpeur. Cette capsule élastique a une raideur importante et d'ailleurs en relation avec les aléas de fabrication. Il faut donc l'étalonner. En outre, le fait que la contrepression soit variable se traduit par une légère variation du jeu entre buse et produit, ce qui complique encore l'étalonnage, et ne permet pas les applications où ce jeu devrait être rigoureusement constant, comme les positionnements d'optiquesO Pour éviter ces inconvénients, ltinvention utilise de meme une buse fluidique de proximité avec un gicleur qui dirige un jet de fluide sur le produit et qui est maintenu à distance constante de celui-ci par l'action d'une surface mobile soumise à une pression de commande asservie au signal fluidique transmis par la buse de proximité, et elle se caractérise en ce que ladite surface mobile est à double effet, c'est à dire qutelle reçoit sur chacune de ses faces des pressions de commande dont la différence provoque son mouvement et qui s'annule pour une certaine valeur du signal, valeur qui détermine la distance constante ou jeu du palpeur. Ainsi, la surface mobile agit dans les deux sens sur la tige qui n'a plus besoin d'entre liée à un organe élastique de rappel. La surface mobile peut Autre un piston guidé dans un cylindre à double effet, mais de préférence elle est constituée d'une membrane fine très souple et non tendue. Habituellement, le fluide employé est de l'air filtré et purifié, mais l'invention pourrait autre mise en oeuvre avec tout fluide auxiliaire, meme liquide. L'iiivention peut autre mise en oeuvre de la meilleure façon par l'utilisation en tant qu'organe d'asservissement des pressuions, d'un composant dit amplificateur différentiel proportionnel déjà employé dans le domaine de la régulation ou automatisme fluidique. Un tel amplificateur est décrit par exemple dans le brevet français nO 1.403.842, ainsi que dans l'article "La Fluidique analogique" de la revue "Energie fluide" nO 76 de février 1975, éditée par la Compagnie Française d'Edition. -Pour utiliser cet amplificateur différentiel qui possède deux sorties de puissance, chacune de ces sorties est branchée directement de part et d'autre de la surface mobile. Selon un mode préféré d'utilisation de l'invention, l'amplificateur différentiel comporte deux canaux symétriques pour des signaux d'entrée. L'un reçoit le signal fluidique de la buse de proximité, et l'autre est à la pression de l'atmosphère qui sert ainsi de pression de référence, de sorte que lorsque le signal fluidique est lui-m8me à la pression atmosphérique, chacune des deux sorties de puissance, qui sont elles-m8mes symétriques, délivre une pression identique et que les efforts s'annulent sur la surface mobile. En fait, la partie mobile du palpeur reçoit généralement en permanence un léger effort de réaction du jet issu du gicleur ou bien celui d'un ressort à longue course, en particulier lorsque la position est repérée par un comparateur qui s'appuie sur cette partie mobile. Il en résulte à l'équilibre une très légè- re différence de pression qui stabilise la surface mobile, en particulier lorsqu'elle comporte une membrane souple, car celle-ci reste sous tension. Dans ce meme mode d'utilisation de la pression atmosphérique comme référence d'asservissement, il convient que le signal de la buse de proximité passe d'une valeur de pression positive relativement à celle de l'atmosphère à une valeur négative lorsque la distance du gicleur au produit varie. Pour ce faire, la buse de proximité comporte un rétrécissement et la prise de signal fluidique débouche à proximité dudit rétrécissement. Par exemple, un tel rétrécissement est un venturi dont le col comporte un orifice pour délivrer le signal fluidique. Les figures jointes et leur description donnent à titre d'exemple des modes de réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe, suivant I-I de la figure 2, d'un premier appareil selon l'invention. La figure 2 est une vue en bout selon la flèche II du même appareil. Les figures 3 et 4 sont des coupes partielles selon III-III et IV-IV de la figure 1, la figure 3 étant à plus grande échelle. La figure 5 est une coupe d'un organe du mtme appareil, à plus grande échelle. Les figures 6 et 7 représentent une variante de l'appareil précédent vu respectivement latéralement selon la flèche VI de la figure 7 et en bout selon la flèche VII de la figure 6 La figure 8 est une coupe d'un organe de lk mdme variante, à plus grande échelle. Les figures 9 et 10 représentent, avec coupes partielles, deux buses de proximité. L'appareil représenté par les figures 1 et 2 comporte un bottier 1 et un couvercle 2 serrés l'un contre l'autre par des vis telles que 3, en enserrant avec étanchéité la périphérie d'une membrane très souple 4. Le centre de cette membrane est lui meme serré entre une surface mobile 5 liée à une tige 6 et une rondelle 7. La tige 6 traverse des portées antifriction 8 et 9 avec faible jeu de façon à ne pas créer de fuite notable dans cet ensemble qui constitue une sorte de vérin pneumatique e ta tige mobile 6 porte à son extrémité une buse de proximité 10 représentée agrandie sur la figure 3 et qui peut d'ailleurs autre démontable relativement à la tige 6.Cette buse comporte une alimentation 11 en air comprimé à 200 mbar environ, suivie d'un élargissement assez brusque passant par exemple du diamètre 1mm au diamètre 1,3 mm. Ce dernier orifice est le gicleur qui débouche à l'extrémité de la buse 10 en face du produit non figuré. Un orifice latéral 12 peu après l'élargissement transmet le signal fluidique de mesure du jeu entre buse et produite En effet, -si ce jeu est grand, le jet issu de 11 entrasse de l'air à travers l'orifice 12 vers le gicleur. Si au contraire le jeu est faible, il produit une contrepression et l'orifice 12 refoule une part du débit de l'alimentation 11. Cette dernière est reliée par une conduite très souple 13 à un distributeur d'air comprimé 14 intégré au boîtier 1, recevant l'air comprimé d'une source non figurée. Une autre branche de ce distributeur alimente en 15 l'amplificateur fluidique différentiel 16 qui est représenté en coupe sur la figure 4 et dont le fonctionnement est décrit en détail dans le brevet français nO 1.403.842 précité. Un filtre très fin 17 protège le dispositif contre toute entrée accidentelle de poussière. Le couvercle 18 de l'amplificateur 16 porte un raccord trois voies 19 au droit du canal de signal 20 de llampli- ficateur, et il transmet à ce- canal 20 le signal de mesure du jeu ctest à dire le débit issu de l'orifice 12 de la buse 10, au moyen de la conduite très souple 21. Si le jeu est trop faible, ce débit donne une surpression qui dévie une partie du jet d'alimentation entré en 15 dans l'amplificateur (figure 4) vers la sortie de puissance 22. De la sortie 22, le jet de puissance communique par des perçages tels que 23 avec celle des capacités du vérin qui retire la tige 6 et augmente le jeu. Si au contraire le jeu est trop grand, ce débit est une aspiration, le jet de puissance s'oriente vers la sortie 24 de l'amplificateur reliée par le perçage 25 à la capacité opposée, ce qui repousse la tige 6 et diminue le jeu. Les autres orifices 26, 27, 28 et 29 de l'amplificateur débouchent à l'air libre soit directement comme représenté ici, soit par 11 intermédiaire d'un collecteur non figuré lorsqu'on craint des entrées de poussières. Les actions pneumatiques ci-dessus étant progressives et proportionnelles au jeu, il s1 établit en fait un équilibre stable et le jeu reste pratiquement constant. Avec les valeurs numériques indiquées ci-dessus, le jeu est d'environ 0e25 mm + 0,001mm. Un réglage supplémentaire peut titre réalisé par diminution de la pression du signal. A cet effet, le raccord trois voies 19 est mis en liaison pneumatique avec un robinet 30 à pointeau de fuite 30a vers l'atmosphère. Ce robinet peut wetre remplacé par une résistance fluidique étalonnée. Ici, ladite liaison se fait, pour des raisons d'encombrement, par une des extrémités d'une résistance pneumatique 31, fixée sur le couvercle 18 de l'amplificateur, extrémité qui sert de raccord à trois voies. Cette résistance 31, vue en coupe agrandie sur la figure 5, possède une longueur 32 très aplatie, donc à très faible section. Elle communique par le tube 33 avec le raccord 19 etieca- nal de signal 20, et aussi dans cet exemple par le tube 34 avec le robinet de réglage 30. Son autre extrémité, du côté opposé de la longueur résistante 32, communique par un tube 35 et un robinet 36 à une source d'air sous pression non figurée et qui peut autre la meme que celle qui alimente le distributeur 14. Ce robinet 36 peut autre à portée d'un opérateur, ou soumis à un signal de sécurité ou de fin dopération. Lorsqu'il est ouvert, il envoie un débit que la résistance 31 réduit à une valeur compatible avec le fonctionnement de I'amplificateur. Celuici se trouve alors dans la configuration qui alimente la sortie 22 quel que soit le signal envoyé par la buse de proximité 10, et celle-ci se trouve impérativement écartée du produit en regard. Dans le cas où plusieurs palpeurs suivant ltinven- tion effectuent des mesures simultanées d'un même produit, ils peuvent être mis en relation avec un même robinet 36 qui les met hors d'action simultanément ce qui permet le dégagement facile du produit. La mesure de déplacement effectuée par la tige 6 lorsque le palpeur est en action peut astre transmise à distance par tout moyen connu, par exemple par un comparateur électromécanique 37 dont l'organe mobile 38 appuie sur l'extrémité libre de la tige 6. Ce comparateur est ici emmanché dans le support 39 fixé au couvercle 2. Les figures 6 et 7 indiquent une variante de montage où un appareil presqu'identique au précédent est utilisé pour mesurer llalésage d'un tube de petit diamètre non figuré. Les pièces identiques aux précédentes sont repérées par les mêmes nombres. Ici la tige 6 est prolongée par une touche hémisphérique dure 6a qui appuie contre un levier 40, le contact étant maintenu par un ressort 41 qui tend à rapprocher deux crochets fixés l'un au levier 40, l'autre à la tige 6 ou bien à un point fixe quelconque. L'axe 42 du levier est solidaire du bottier 1 par exemple par un support 43. Pour que le levier 40 puisse astre de dimension minimale, la buse de proximité est en deux parties, dont l'une est un gicleur 44 à l'extrémité du levier 40 qui pénètre dans le tube à mesurer, le gicleur étant en vis à vis et à proximité de l'alésage de ce tube. Il est alimenté par une conduite très souple 45 à partir de l'orifice de sortie 46 d'un venturi 47 fixé sur le couvercle 18 à la place du raccord à trois voies 19 décrit aux figures 1 et 2. Ce venturi 47, en coupe sur la figure 8, est alimenté à partir du distributeur d'air comprimé 14 par la conduite 49, et son col 48 est en saison directe avec le' canal 20 de l'amplificateur 16. L'ensemble gicleur 44 et venturi 47 joue le même roule que la buse de proximité 10 décrite précédemment, et transmet les mêmes types d'information à l'amplificateur 16. Le fonctionnement du reste de appareil est ainsi le même que décrit précédemment. L'invention se prote à d'autres modes de réalisation. En particulier, l'organe mobile 6 ou 40 qui porte le gicleur de proximité peut aussi porter d'autres types de capteurs ou de buses de proximité, par exemple ceux décrits dans l'article précité de la revue?Energie fluide", et en particulier un capteur à jet annulaire pour le cas de surfaces imprécises et un capteur de pénétration à lame d'air pour la mesure de largeur de pièces minces ou de bandes. Ces derniers types de capteurs ou d'autres sont du type qui comporte un gicleur créant un jet dirigé vers le produit, avec en aval de ce gicleur un orifice récepteur de sortie, orifice qui délivre le signal de proximité. On utilisera alors de préférence un rétrécissement en forme de venturi, tel que celui indiqué en figure 8. C'est le col de ce venturi faisant partie de la buse de proximité qui transmettra le signal fluidique utilisé par le dispositif des figures 1 et 2 par exemple. En effet, un tel venturi transforme le débit généralement toujours positif issu de l'orifice récepteur en un signal qui passe selon la distance du produit d'une pression positive relativement à l'atmosphère à une pression négative en passant donc par la valeur nulle qui correspond à la position stable du palpeur selon le mode préféré de mise en oeuvre de l'invention. La figure 9 montre ainsi un capteur à jet annulaire avec son gicleur annulaire 50, son orifice de sortie 51 et le venturi associé 52 avec le départ de la conduite 21 du signal fluidique reliée au canal de signal 20 du palpeur des figures 1 et 2; Pour améliorer ce signal, on envoie en général par une conduite 62 de l'air à faible pression à travers le venturi. Cet air de balayage---améliore le signal de zéro recueilli en 21, tout en évitant l'introduction de poussières dans le circuit fluidique. La figure 10 montre de meme un capteur à lame d'air avec son gicleur 60 alimenté à forte pression, I1 orifice récepteur 62 alimenté en retour à faible pression par la conduite 62, à travers le venturi 63 portant le départ de la conduite 21. On tiendra toutefois compte dans ce dernier cas, que le signal est inversé par rapport à ceux des exemples précédents, car cette conduite 21 délivre une pression positive lorsque le produit est écarté de la lame d'air. Le jet issu du gicleur 60 vient en effet alors pénétrer dans l'orifice récepteur 61. De ce fait et dans le cas d'utilisation de l'appareil des figures 1 et 2, la conduite 21 devra autre branchée sur le canal de signal 50 symétrique du canal 20, ce dernier étant alors lui-meme relié à l'atmosphère. Outre les applications mentionnées plus haut, les dispositifs de palpeurs selon l'invention peuvent permettre de mesurer des cotes de pièces en cours d'usinage, le bottier du palpeur étant fixé au bati de la machine-outil. Si au contraire il est fixé sur l'outil lui-même, on peut mesurer à chaque instant l'épais seur de matière enlevée par l'outil et par exemple vérifier l'usure de celui-ci. Dans les diverses applications, de tels palpeurs éliminent les problèmes d'usure, de rayures ou piqûres et même de vibrations des produits en déplacement même rapide. En outre, la pression d'air est basse et la poussée sur le produit du jet issu du gicleur est donc négligeable, ce qui permet des mesures sur des produits mous ou flexibles. La rapidité des mouvements du vérin autorise une bande passante d'asservissement de plusieurs dizaines de hertz. REVENDICATIONS 1. Palpeur pour transmettre la position d'un produit, du type comportant une buse de proximité du type fluidique dont le gicleur qui dirige un jet fluide sur ce produit, en est maintenu à une distance constante au moyen d'une surface mobile soumise à une pression de commande qui dépend du signal fluidique transmis par ladite buse de proximité, caractérisé en ce que ladite surface mobile est à double effet, chacune de ses faces étant soumise à une pression de commande, la différence des deux pressions de commande dépendant du signal fluidique, de sorte que la position du gicleur est asservie à ce signal. 2. Palpeur selon la revendication 1, avec un amplificateur fluidique différentiel connu par ailleurs, qui possède une entréed'alimentatioz,une entrée de signal recevant le signal fluidique et deux sorties de puis sauce, palpeur caractérisé en ce que chacune des sorties depuissancedélivre une des pressions de commande. 3. Palpeur selon la revendication 22 dont l'amplificateur différentiel compare de façon connue la pression du signal fluidique issu de la buse avec une pression de référence en amplifiant leur différence, caractérisé en ce que la buse de proximité comporte un rétrécissement et une prise de signal fluidique débouchant à proximité dudit rétrécissement de sorte que ce signal passe d'une valeur de pression positive, relativement à celle de l'atmos- phère, à une valeur négative lorsque la distance du gicleur au produit varie, et en ce que la pression de référence est celle de l'atmosphère, de sorte que l'asservissement de la position du gicleur stabilise celui-ci pour une valeur dudit signal sensiblement nulle 4.Palpeur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'alimentation du gicleur en fluide traverse un rétrécissement en forme de venturi dont la pression au col délivre le signal fluidique. 5. Palpeur selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que le rétrécissement est un organe fixe relié par une conduite souple au gicleur. 6. Palpeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque sortie de puissance communique avec des capacités variables délimitées par des parois fixes et par une des faces de la surface mobile. 7. Palpeur selon la revendication 6 > comprenant un bottier avec couvercle enserrant la surface mobile, caractérisé en ce que le bottier et l'amplificateur différentiel coopèrent par une surface plane commune traversée par des conduits qui font coirjuniquer chaque sortie de puissance avec les capacités variables délimitées par la surface mobile. 8. Palpeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par un orifice de fuite réglable à minime vers le circuit du signal fluidique. 9. Palpeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par un moyen d'écartement impératif constitué par un robinet d'admission auxiliaire de fluide dans le circuit du signal fluidique, de façon à éliminer l'action de celui-ci. 10. Palpeur selon la revendication 9 caractérisé par une résistance fluidique placée sur le circuit d'admission au miliaire 11. Palpeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé Par un moyen appliquant un effort minime et sensiblement constant sur la surface mobile. 12. Palpeur selon la revendication 11 caractérisé en ce que le moyen appliquant l'effort minime est un organe de transmission et/ou d'enregistrement de la position de la surface mobile.