Brevet FR2406835A1 — publié le 19790518

La présente invention concerne une sonde de détec- tion de contact, et elle s'applique particulièrement à de télles sondes utilisées dans des machines de mesure de longueur. Dans une machine classique de mesure de longueur, un premier chariot est mobile dans une direction sur un chlssis, un second chariot se déplace à angle droit par rapport à lui sur le premier chariot, et un troisième chariot se déplace à angle droit par rapport à deux autres sur le second chariot, et il porte une sonde devant contacter un objet à mesurer. En déplaçant les trois charriot, la sonde peut être déplacée en toute position dans l'espace dans la zone de mesure, et ses coordonnées X,Y,Z en tout point peuvent être déterminés en lisant les positions des chariots, ou plus souvent, cela est lu automatiquement par la machine et c'est indiqué sur un affichage. Un problème coneerne la détection de la position de la sonde au moment précis du contact avec l'objet qui est mesuré.Si la sonde doit être déplacée physiquement afin de produire un signal électrique, par exemple en ouvrant ou en fermant un conutateur, ce déplacement représente une limite sur la précision de la mesure. La présente invention peut procurer une sonde plus précise, ou un élément de contact de la sonde emploie un transducteur qui convertit un signal électrique variable en une vibration de l'élément de contact, ou inversement. Un circuit de détection détecte l'engagement de l'élément de contact avec un objet, en détectant le changement consécutif du signal électrique appliqué ou généré par le transducteur. De préférence, on utilise un transducteur d'en tratneient pour réduire une vibration dans l'élément de contact par un courant alternatif appliqué, de façon que le contact de l'élément avec un objet produise une réduction de la vibration. Le circuit de détection peut détecter le changement consécutif du paramètre dans le signal électrique appliqué. Un transducteur générateur peut également être prévu, donnant un signal électrique de sortie par suite de la vibration de l'élément de contact; le circuit de détection détecte le changement consécutif de ce signal de sortie quand l'élément contacte un objet et que le niveau de vibration est réduit. L'élément de contact peut comprendre un organe sphérique ou en forme de disque pouvant venir en engagement avec iTobjet. L'élément de contact peut être pourvu, à une extrémité, d'une aiguille. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence à plusieurs dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - La figure 1 est une vue en élévation d'un prenier exemple de la sonde - La figure 2 montre des détails de la figure 1, et elle comporte un schéma de circuit - La figure 3 montre un signal produit par une modification de la sonde des figures 1 et 2 - La figure 4 est une vue en élévation d'un second exemple de la sonde - La figure 5 est une vue en coupe faite suivant la ligne V-V de la figure 4 - La figure 6 est une vue en élévation d'un troisième exemple de la sonde - La figure 7 est une vue en coupe faite suivant la ligne Vil-Vil de la figure 6 - La figure 8 est une vue en perspective d'une modification de la sonde des figures 6 et 7 - La figure 9 est une vue en élévation d'un quatrière exemple de la sonde - La figure 10 est une vue en coupe faite suivant la ligne X-X de la figure 9 ;; - La figure 11 est une vue en élévation d'un cinquième exemple de la sonde La figure 12 est une vue en coupe faite suivant la ligne XII-XII de la figure Il - La figure 13 est une vue en élévation d'un sixième exemple de la sonde, partiellement en coupe transversale ; et - La figure 14 est une vue en élévation d'une machine à mesurer les coordonnéesà utiliser avec des sondes selon l'invention. En se référant aux figures 1 et 2, la sonde comprend un organe de support ayant la forme d'un support 10 connecté à un organe détecteur ayant la forme d'une aiguille ou style Il par un ensemble transducteur 12 comprenant un premier transducteur 13 ou transducteur d'entratnement et un second transducteur ou transducteur générateur 17. Le transducteur d'entraînement comprend un cristal piézoélectrique 14 situé entre des électrodes 15, 16, et le transducteur générateur comprend un cristal piézoélectrique 18 situé entre l'électrode 16 et une autre électrode 19.Les électrodes sont plaquées sur les cristaux et ensemble est collé aux organes 10, Il par une résine époydb. L'aiguille Il comprend une tige 20 et un élément sphérique de contact 21 pouvant venir en engagement avec un objet ou une pièce 33. L'ensemble 12 est collé entre la face extrême 20A de la tige qui est éloignée de l'élément 21 et une face extrême adjacente 10A du support 10. Une partie creuse 22 du support 10 s'étend sur une partie de la longueur de la tige 20 et elle lui est fixée en une position 23 entre ses extrémités pour soulager ainsi la charge mécanique sur l'ensemble 12. Les électrodes 15, 16 sont connectées à un circuit d'entraînement 24 alimenté en courant alternatif, ce qui fait vibrer le cristal du transducteur d'entraînement 13. Les vibrations sont transmises à l'aiguille 11. Les électrodes 16, 19 sont connectées à un circuit générateur 25 qui est illustré comte étant connecté à un oscilloscope 26. La vibration de l'aiguille excite le cristal du transducteur générateur comme cela est illustré par le signal 27. Si l'élément de contact 21 est touché, par exemple par un contact avec la pièce, la vibration de l'aiguille est virtuellement réduite à zéro comme cela est illustré par le signal 28. On a trouvé que le plus léger contact, par exemple par une feuille de papier de soie, quelque part sur l'élément 21, produisait un signal réduit de cette façon. L'oscilloscope forme ainsi un circuit de détection pour détecter un changement d'un paramètre du courant généré. Dans des buts pratiques, un circuit de détection du zéro sera généralement assez utile, comme on le décrira ci-après. Le support 10 est connecté à une machine 50 à mesurer les cordonnées (figure 14) d'un type connu, ayant des chariots 51, 52, 53 pouvant transférer la sonde 10, Il par rapport à la pièce 33. La machine a des dispositifs de mesure de longueur comprenant des compteurs 54 pour déterminer la position de la sonde par rapport à un ch ssis de référence. Le signal du circuit générateur 25 est détecté par un circuit 25A de détection du zéro, qui est connu, dont la sortie 25D est connectée pour transférer la sortie instantanée des compteurs 54 à un dispositif 55 de traitement de donnée d'une façon également connue. De cette façon, la position de la sonde sur les coordonnées est enregistrées au moment de son contact avec la pièce. Des circuits de détection du zéro sont connus, et peuvent opérer sur divers principes. Comme on peut le voir sur la figure 2, le circuit 25A de détection du zéro peut typiquement comprendre un circuit 25B qui convertit le signal sinusoldal 27 en un créneau; et un multivibrateur mono stable 25C qui reçoit le signal en créneau et a une base de temps qui est suffisamment longue pour ne pouvoir répondre à l'oscillation du signal 27. Cependant, quand ce signal passe au signal virtuellement nul 28, le multivibrateur monostable répond en conséquence. Ainsi, la sortie 25D est un signal à deux niveaux couse cela est indiqué par 27D et 28D sur la figure 2. Si le système de vibration a une relation de résonance avec la fréquence du courant alternatif d'entraînement, le transducteur générateur 13 peut btre supprimé parce qu'il est alors suffisant de détecter l'amplitude du courant alternatif d'entraînement. Car tant qu'il y a résonance, l'amplitude du courant d'entraînement est élevée comme cela est indiqué par un signal 29 (figure 2). Quand la résonance est perturbée lors d'un contact entre l'élément 21 et la pièce 33, l'impédance du système réduit l'écoulement du courant comme cela est illustré par un signal 30 qui est alors utilisé pour le transfert de données, en utilisant un circuit de détection du zéro comme on l'a déjà décrit. Le transducteur d'entraînement 13 peut également être supprimé (figure 3) et un signal peut être obtenu du transducteur générateur 17 par impact entre l'élément 21 et la pièce. Des forces différentes dtimpact produisent des signaux 31, 32 d'une grandeur différente. Un circuit (non représenté) sensible aux signaux 31, 32 qui dépassent un seuil minimum, par exemple en employant un multivibrateur monostable, est utilisé pour le transfert de données. Sur les figures 4 et 5 un organe du support sous forme d'un support 110 maintient une aiguille 111 comprenant un ensemble transducteur allongé 112 et-un organe détecteur ayant la forme d'un élément sphérique de contact 121. Une extrémité de l'ensemble 112 est collée dans un trou 122 dans le support. L'autre extrémité de l'ensemble 112 est collée dans un trou 121A de l'élément 121. L'ensemble 112 a une longueur libre 112A qui s'étend entre le support et l'élément de contact. L'ensemble 112 comporte un transducteur d'entraî- nement 113 et un transducteur générateur 117. Dans cet exemple, un seul cristal 114 a d'un côté une électrode 116 et de l'autre côté deux électrodes 115, 119. Un circuit d'entraînement est connecté aux électrodes 115, 116. Un circuit générateur 125 est connecté aux électrodes 116, 119. Le mode primaire de vibration du cristal est tel que la forme rectangulaire illustrée sur la figure 4 a tendance à prendre les formes rhorboidales 114A, 1143. En conséquence, l'organe 121 a tendance i vibrer principalement de façon linéaire en direction Z, c'est-à-dire axialement par rapport à l'aiguille.La réponse de cette sonde, en particulier en mode de fonctionnement d'entraînement/génération, est bonne mais sa précision tridimensionnelle, ctest-à-dire l'uniformité dans les trois directions X, Y, et Z de la déviation de l'aiguille nécessaire pour produire le signal de transfert est quelque peu réduite par le fait que la vibration est principalement dans la direction Z. Sur les figures 6 et 7 un organe de support ayant la forme d'un support 210 est fixé à un organe détecteur ayant la forme d'une aiguille 211 au moyen d'un ensemble transducteur 212. Les organes 210, 211, qui comprennent des tiges de section transversale circulaire, sont découpé-s àleurs extrémités adjacentes pour avoir une section transversale semi-circulaire définissant des surfaces planes 210A, 211A se faisant race, avec l'ensemble 212 collé entre elles. L'ensemble 212 est situé symétriquement par rapport à l'axe longitudinal commun Z des organes 210, 211 et il est orienté de façon que le mode primaire de vibration soit dans le plan des directions X, Y. En conséquence, l'aiguille 211 a tendance à vibrer principalement autour de l'axe Z. L'aiguille comprend un organe sphérique de contact 221 fixé à l'extrémité libre de la tige, avec un centre 221C de la sphère se trouvant sur l'axe Z, et par conséquent elle vibre en oscillant autour du centre 221C. Dans ce cas, il faut plus de pression dans la direction Z que dans les directions X, Y, pour arrêter la vibration mais cela est satisfaisant parce que l'aiguille est plus raide dans la direction Z que dans le plan X, Y ainsi la précision tridimensionnelle a tendance i être bonne. Cet agencement peut également être utile quand, par exemple, l'élément de contact 221 a la forme d'un disque plutôt que d'une sphère comme cela est illustré sur la figure 8. Des sondes terminées par un disque sont quelquefois requises dans des machines classiques de mesure de longueur.Comme la vibration sera autour de l'axe Z passant par le centre du disque et perpendiculaire à son plan X, Y, le pourtour du disque ne sera pas perturbé de son lieu circulaire. Comme dans le mode de réalisation des figures 4 et 5, un seul cristal piézoélectrique dans l'ensemble 212 peut être pourvu d'électrodes appropriées de façon à former à la fois les transducteurs d'entraînement et générateur. Sur les figures 9 et 10, un organe de support sous forme d'un support 310 est fixé à un organe détecteur sous forme d'un élément sphérique de contact 321 par quatre ensembles transducteurs notés par 312A, 312B, 312C, et 312D. Les ensembles transducteurs sont agencés symétriquement (figure 10) autour de l'axe longitudinal Z du support 310 et ils sont collés au support 310 et à l'élément 321 par leurs électrodes qui sont sur des surfaces opposées des cristaux. Les deux ensembles transducteurs 312D, 312C sont agencés dans le plan contenant les axes X, Z, de façon que leur mode primaire de vibration applique des forces qui sont tangentielles à la forme sphérique de l'élément 321 et autour de son axe Y. Plus particulièrement, quand un courant oscillant est appliqué à l'ensemble transducteur 312C, l'électrode attachée à l'élément 321 subit un déplacement réciproque produit par les forces alternatives 3K, 3L. Alors l'ensemble transducteur 312C est décalé de l'axe Z et incliné de façon que les forces 3K, 3L, fassent osciller l'élément 321 autour de l'axe Y qui passe par le centre 321C de la sphère. L'ensemble transducteur 312D est agencé de façon correspondante dans une position opposée à celle de l'ensemble transducteur 312C, afin d'appliquer des forces 3M, 3N, qui s'ajoutent awt forces 3K, 3L. Les ensembles transducteurs 312A, 312B sont agencés dans le plan contenant les axes Y, Z c'est-à-dire le plan perpendiculaire à celui contenant les ensembles transducteurs 312C, 312D, afin d'appliquer à l'élément 321 une oscillation autour de l'axe X. Par suite de l'action combinée des ensembles transducteurs 312A, 312B et 312C, 312D, l'élément 321 a tendance à faire une oscillation tridimensionnelle autour du centre 321C. Cela présente l'avantage que la vibration des transducteurs ne déplace pas la surface de l'élément hors de son lieu sphérique. Il sera également clair qu'un contact en toute partie du pourtour sphérique de l'élément 321 provoquera une réponse du circuit de détection d'au moins l'une des paires d'ensembles transducteurs 312A, 312B ou 312C, 312D. Chaque ensemble transducteur est avantageusement un seul cristal piézoélectrique, qui peut avoir une seule électrode de chaque côté de façon que le contact soit détecté par le circuit détecteur à partir du signal électrique reçu, mais il a de préférence deux électrodes d'un côté afin de former un transducteur d'entraînement et un transducteur générateur, comme on l'a décrit demment (par exemple sur la figure 5). Les figures 11, 12 montrent une sonde semblable à celle des figures 9, 10, mais ayant un organe de support sous forme d'un support 510 connecté à un organe détecteur ayant la forme d'un élément sphérique de contact 521 par quatre ensembles transducteurs 512A, 512B, 512C 512D agencés dans un évidement 561 de l'élément 521. L'évidement 561 a la forme d'un cône tronqué ou d'une pyramide dont le sommet se trouve au centre 521C de l'élément 521. Le support 510 a des surfaces 560 qui font face aux surfaces de l'évidement 561. Les ensembles transducteurs sont agencés entre les surfaces 560, 561, et y sont collés par leurs électrodes. Les cristaux de ces ensembles transducteurs sont orientés afin de forcer les deux électrodes sur des surfaces opposées de chaque cristal à se déplacer alternativement vers au loin l'une de l'autre. Par suite, les ensembles transducteurs 512C et 512D appliquent, à l'élément 521, des forces 5K, 5L et 5M, 5N qui font oscillér cet élément autour de son centre 512C dans le plan X, Z. Les ensembles transducteurs 512A, 512B sont agencés en positions opposées dans le plan contenant les axes Y, Z à angle droit par rapport au plan X, Z contenant les ensembles transducteurs 512C, 512D, et ils appliquent des forces oscillantes dans le plan Y, Z. Par suite, l'élément 521 a tendance à faire une oscillation tridimensionnelle autour du centre 521 C, sans déplacement de l'élément 521 par rapport à ce centré. L'élément 521 est maintenu contre le support 510 par un ressort 552, ainsi la connexion entre l'élément 521 et le support 510 ne doit pas reposer totalement sur l'adhérence entre ces éléments et les ensembles transducteurs. Sur la figure 13, un premier organe ayant la forme d'un support 410 est connecté à l'organe détecteur sous forme d'un élément sphérique et creux de contact 421 par un cristal piézoélectrique sphérique et creux 414, l'élément 421 comprenant une couche de surface en métal plaquée sur le cristal et constituant ses électrodes 415, 419. A l'intérieur du cristal creux, est prévue une seconde électrode 416 sur une extrémité sphérique 410A du support 410. Les électrodes 415, 416 sont connectées à un circuit d'entraînement 424 qui, en fonctionnement, produit un mode de vibration faisant varier le diamètre de l'élément 421. Les vibrations excitent un circuit générateur 425 connecté aux électrodes 416, 419, par suite de l'effet de transducteur générateur du cristal entre les électrodes 416, 419.Les électrodes 415, 419 sont formées en enlevant le plaquage de surface de l'élément 421 le long de la ligne 421A pour produire la relation imbriquez des électrodes 415, 419 qui est illustrée. Selon la pratique courante, la sonde peut être montée élastiquenent pivotante sur son chariot 51, de façon à pouvoir être latéralement déplacée lors de l'en- gagement avec la pièce, pour permettre ainsi un dépassement de la machine. Bien entendu, l'invention ntest nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. - Sonde de détection de contact du type comprenant un élément de contact pour engagement avec un objet, caractérisée en ce que ledit élément de contact (21) comprend un transducteur (13,17) pour convertir un courant électrique variable en une vibration de 11 élément de contact ou inversement, et un circuit de détection (25A) agencé pour détecter un contact dudit élément avec un objet (33) par un changement consécutif du signal électrique appliqué ou généré par ledit transducteur. 2. - Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que le transducteur (17) précité nu est normalement pas traversé d'un courant, et en ce que le contact précité est détecté par le circuit de détection précité qui détecte un signal électrique (31,32) généré par ledit transducteur à partir de la vibration de l'élément de contact (21) précité quand il frappe un objet (33). 3. - Sonde selon la revendicaton 1, caractérisée en ce qu'elle a un transducteur d'entrainement (13) agencé pour convertir un courant alternatif en une vibration de l'élément de contact (21) précité, le circuit de détection (25A) précité etant agencé pour détecter une perturbation de la vibration induite par le transducteur dans l'élément de contact précité du fait de son contact avec un objet (33). 4. - Sonde selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend un organe de support (10) pour l'élément de contact (21) précité, le transducteur d'entraînement (13) précité étant placé entre ledit organe de support et ledit élément de contact afin d'y induire des vibrations. 5. - Sonde selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que le circuit de détection précité est agencé pour détecter une perturbation de la vibration induite par le transducteur dans l'élément de contact (21) précité en détectant un changement consécutif de paramètre (29,30) dans le courant alternatif appliqué au transducteur d'entraînement (13). 6. - Sonde selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce qu'elle a un transducteur générateur (17) agencé pour convertir la vibration de l'élément au contact (21) précité en un signal électrique variable séparé de celui alimentant le transducteur d'entraînement (13) précité, le circuit de détection (25A) précité étant agencé pour détecter un changement de paramètre (27,28) dans le signal électrique du transducteur générateur (17) résultant d'une perturbation de la vibration induite par le transducteur dans l'élément de contact (21) quand il contacte un objet (33). 7. - Sonde selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un organe de support (10) pour l'élément de contact (21), le transducteur générateur (17) précité étant placé entre ledit organe de support et l'élément de contact, ainsi une vibration dudit élément de contact produit un train d'impulsions dans le transducteur générateur qui est converti en un signal électrique. 8. - Sonde selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que l'élément de contact (221) précité a un pourtour circulaire ou partiellement circulaire, le transducteur d'entraînement (212) étant agencé pour produire une vibration dudit élément de contact tout autour de l'axe (Z) normal au plan du cercle passant par son centre, ainsi le lieu du pourtour circulaire n1 est pas perturbé par la vibration. 9. - Sonde selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que l'élément de contact (321) précité a une surface périphérique sphérique ou partiellement sphérique, deux transducteurs d'entraînement (312A,3 et 312C,D) étant prévus, chacun produisant une vibration de l'élément de- contact autour d'un axe séparé (X,Y) passant par le centre de la sphère, ainsi le lieu de la surface sphérique n'est pas perturbé par la vibration. 10. - Sonde selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que l'élément de contact (121) précité comprend une aiguille allongée (111) > le transducteur d'entraînement (113) précité étant agencé pour produire une vibration dudit élément de contact dans une direction (Z) parallèle à l'axe longitudinal de l'aiguille. 11. - Sonde selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le transducteur précité comprend un cristal piézoélectrique.