Brevet FR2408813A1 — publié le 19790608

La pressente invention concerne les procédes et dispositifs de palpage par contact, destinés notamment à être mis en oeuvre dans les machines à mesurer les cotes d'une pièce suivant trois directions orthogonales. On connaît déjà divers types de dispositifs de palpage En particulier, on connaît des palpeurs à capteur capacitif, qui ont l'inconvêpient de n'être utilisables que sur des pièces en matériau conducteur. On connaît également des palpeurs utilisant des contacts électriques : ces contacts s'encrassent à la longue. On connaît encore d'autres capteurs : la plupart ne permettent pas d'atteindre la précision de l'ordre du micron qui est nécessaire en métrologie ou ne tolèrent pas des vitesses d'avance élevées du palpeur et de la pièce l'un vers l'autre. La présente invention vise à fournir un procédé et un dispositif de palpage répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'ils permettent d'atteindre une prépision élevée, tolèrent des vitesses linéaires 'approche importantes et sont peu sensiblés au vieillissement. Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé suivant lequel on applique, à une extrémité d'une tige, des vibra tions entretenues à la fréquence de résonance longitudinale de la tege et on détecte la cessation de résonance que provoque la venue en contact de l'autre extrémité de la tige avec une pièce à mesurer. Suivent un autre aspect de l'inventwon. celle-ci propose un dispositif comprenant un palpeur muni d'une tige portée à une extrémité par un générateur de vibrations permettant de lui appliquer des oscillations longitudinales à la fréquence de résonance de ladite tige et destinée à être amenée en contact, par une autre extrémité, avec une pièce à palper, et des moyens pour détecter la cessation des oscillations de résonance cousécutive à la venue en contact de ladite autre extrémité avec la pièce. La tige est choisie pour avoir une fréquence de résonance supérieure à 40 kHz et, avantageusementcomprise entre entre 20 et 30 kHz.Au-dessous de cette valeur, on entre on effet dans la bande des fréqueness audibles. Pour des fréquences trop élevées, on doit utiliser une fréquence de résonance harmonique et on rencontre des problèmes d'instabilite. La bande comprise entre 20 et 30 kHz permet d'obte- nir une bo-ne resolution et une bande passante élevé. Plusieurs solutions sont possibles pour détecter la cessation de résonance.- On peut en particulier utiliser un circuit détectant le changement de la relation entre tension alternative appliquée et courant traversant le générateur (transducteur électroacoustiques qui joue alors le~double rle d'excitatsur et de détecteur. Une autre solution, qui exige l'adjonction d'un transdu-cteur supplé mentaire -fournissant un signal électrique représentatif des oscillations de la tige, consiste à détecter les variations d'am plitudo et de déphasage du signal fourni par ce transducteur lors de la venue en contact, qui fait,cesser la résonance. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un dispositif quien constitue un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limita- tif. La description se réfère au dessin qui l'accompagne, dans lequel - la figure 1 est une vue en élévation et en coupe partielle simplifiée du palpeur du dispositif, - la figure 2 est un schéma de principe du circuit électronique d'excitation et de- détection associé au palpeur de la figure 1, - la figure 3 montre l'allure des tensions qui appa ravissent 3 divers emplacements du schéma de la figure 2, lors de la résonance (courbes en trait plein) et après contact (courbes en tirets3. Le palpeur 10 montré en figure I comporte un boîtier 11 destiné à être fixé sur le bras mobile d'une machine à mesurer comportant des moyens de détermination de la position de ce bras suivant trois directions -orthogonales. Dans le boîtier Il est place l'organe palpeur proprement dit 12. L'organe palpeur est monté sur le boîtier par l'intermédiaire d'un dispositif d'échappement 13 qui, au repos, maintient l'organe palpeur dans une position déterminée par rapport au boîtier Il et lui permet de s'effacer s'il est soumis à un effort excessif. L'argane palpeur 11 montré à titre d'exemple en figure 1 peut être regardé comme comprenant une embase 14 portée par le dispositif d'échappement, une pince 15 formant boîtier, dans laquelle est placé un générateur 16 d'oscillations, et une tige 17 faisant saillie hors du boîtier et terminée par une boule de contact 18. Dans la tige 17 est ménagée une gorge 19 occupée par un élément détecteur 20. L'embase, la pince et la tige peu von; etre monobloc ou e plusieurs pièces assemblées. La tige est dessinée de façon à présenter une fréquence fondamentale de résonance qui est avantageusement comprise entre 20 et 30 kHz. La tige sera généralement en~acier. L'élément générateur d'oscillations 16 pourra être constitué par une plaquette de matériau piézo-électrique tcéra- mique ferro-électrique par exemple) excitée de façon à provoquer -des oscillations longitudinales de la tige à la fréquence-de résonance de celle-ci. La plaquette peut être simplement collée aux parois de la pince, de façon classique. L'élément 20 de détection peut être constitué par une rondelle de céramique piézo-électrique, également collée. Le palpeur 10 peut être associé à une électronique du genre schématisé en figure 2, où les organes déjà représentés en figure 1 portent le mêee numéro de référence. Le générateur ultra-sonore 16 reçoit un signal d'excitation à la fréquence de résonance fO d'une première sortie 21 d'u-n oscillateur 22. On supposera par la suite que le signal à fréquence fi est sinusofdal. On peut toutefois également utiliser une excitation par signal carré, surtout si l'on souhaite effectuer un traitement numérique. Le signal éle-trique fourni par l'élément détecteur 20 est appliqué, par l'in-.srmédiaire d'un amplificateur 23, à une première entrée d'un multiplieur analogique 24. La seconde entrée du multiplieur reçoit, de l'oscillateur-22, un signal identique à celui appliqué à l'élément 16, mais déphasé de SOc, f90. La sortie 27 du multiplieur attaque un filtre passe-bas 25 destiné à isoler la composante continue du signal de sortie. La tension de sortie du filtre 25 est appliquée à l'une des entrées 28 d'un comparateur 29 dont l'autre entrée est portée à un potentiel de référence ;!o constituant valeur de seuil. Enfin, la -O sortie 29 du comparateur peut être reliée à un système de visualisation, d'arrêt de déplacement ou de mesure. Le fonctionnement du dispositif apparaît immédiatement si l'on se réfère à la figure 3. Chaque ligne de la figure 3 est affectée d'une référence qui correspond à celle du point de la figure 2 où apparaissent les signaux montrés sur la ligne. Lorsque le dispositif est en fonctionnement, la boule 18 étant libre, le signal f0 appliqué à l'élément 16 met l'ensemble de la tige et de la boule en résonance. L'amplitude de la tension appliquée à l'-lément-16 est déterminée de façon que l'amplitude des oscillations reste faible, de quelques dixièmes de micron. L'élément détecteur 20 fournit alors un signal électrique d'amplitude maximum et déphasé par rapport au signal d'excitation, pratiquement de SO si l'amortissement est faible [courbe en trait plein sur la ligne 23). Le multiplieur 24 reçoit, sur ses entrées, d'une part le signal fourni par 23, d'autre part, le signal fgg de I'oscillateur 22, qui sont en phase à la résonance.Sur sa sortie apparaît alors une tension présentant une composante continue et une composante alternative à la fréquence 2f (courbe en trait plein sur la ligne 27). Le filtre 25 fournit, à partir de ce signal composite, une tension continue V1 (ligne 28). Les paramètres du système sont choisis pour que cette tension soit largement supérieure au seuil vu (indiqué en trait mixte). Le comparateur peut être prévu pour fournir dans ce cas une tension nulle sur sa sortie 29. Lorsque la boule 18 vient au contact d'une pièce, la tension fournie par l'amplificateur 23 devient très faible et, de plus, se trouve pratiquement en phase avec la tension fO, donc en quadrature avec la tension fgg (courbe en tirets sur la ligne 23) . La composante continue du signal fourni par le multiplieur 24 (courbe en tirets sur' la ligne 27) devient très faible. La tension V' à la sortie du filtre passe-bas deviens inférieure au seuil et le comparateur 26 fournit un signal. Si, une fois le contact atteint en un point quelconquè de la boule, la pièce et le palpeur continuent à se déplacer l'un par rapport à l'autre, le dispositif d'échappement 13 intsrvient pour permettre l'effacement de la tige 17 sans apparition de contrainte mécanique qui pourrait être source de rupture ou, plus simplement, de déréglage. Dans le mode de réalisation schématiquement illustré, ce dispositif d'échappement comprend un ressort de compression 30 qui repousse l'organe palpeur à partir du fond du boîtier 11 vers une position de repos dans laquelle trois doigts tels que 31, fixés à 120C sur l'embase 14, viennent s'appuyer chacun sur un couple de tiges 32 fixées au boîtier 11 et constituant des guides.Cette disposition étant classique, il n'y a pas lieu de -la décrire ici. On notera seulement que la tige peut s'enfoncer en comprimant le ressort 30. Elie peut également basculer autour de deux des doigts 31 pour venir dans la position indiquée en trait mixte. Dans tous les cas, le ressort 30 ramène la tige dans une position invariable, une fois que l'effort qui s'exerce sur la boule a cesse. Les avantages de l'invention apparaissent immédiatement les amplitudes de débattement étant très faibles, il n'y a ni fatigue mécanique, ni erreurs dues au déplacement de la boule de contact à å condition d'utiliser une fréquence supérieure à 15 kHz, le dispositif est inaudible. tl permet d'arriver à une résolution de l'ordre de 1 micron, si l'on estime que la vitesse linéaire d'avance maximum est de 2 cm par seconde. il va sans dire que l'invention ne se limite pas au mode particulier de réalisation qui a été représenté et décrit à titre d'exemple et il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à toutes variantes restant dans le cadre des équi valences, en particulier, l'invention peut être étendue sans difficulté aux dispositifs dont le palpeur comporte plusieurs touches. REVENDSCATIONS 1. Procédé de palpage à contact, caractérisé en ce qu'on applique, à une extrémité d'une tige, des vibrations entretenues à la fréquence de résonance longitudinale de la tige et en ce qu'on détecte la cessation de résonance correspondant à la venue de la tige en contact avec une pièce. 2. Dispositif de palpage par contact, comprenant un palpeur muni d'une tige portée à une extrémité par un générateur permettant de lui appliquer des oscillations longitudinales à la fréquence de résonance de ladite tige et destinée à être amenée en contact, par une autre extrémité, avec une pièce à palper, et des moyens pour détecter la cessation des oscillations de résonance lors de la venue en contact de ladite autre extrémité avec la pièce. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de création d'oscillations sont constitués par une pastille de matériau piézo-électrique > avantageusement en céramique 4. Dispositif suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé on ce que la tige a une fréquence résonance fondamentale supérieure à 10 kHz et avantageusement comprise entre 20 et 30 kHz. 5. Dispositif suivant la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que la tige porte un élément piézo-électrique de mesure de ses oscillations. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de détection de la cessation de résonance comportent un multiplicateur fournissant, sur sa sortie, un signal représentatif du produit du signal d'excitation appliqué au palpeur et du signal fournir par l'élément de détection, l'un des deux signaux étant déphasé de 900 avant application au multiplicateur, un filtre passe bas isolant la composante continue de sortie du multiplicateur; et des moyens comparateurs fournissant un signal indicateur de contact lorsque la sortie du filtre passebas est inférieure à une valeur déterminée. 7. Dispositif suivant la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de détection sont d'un type effectuant une comparaison entre la tension appliquée à l'élément de création d'oscillations et le courant parcourant celui-ci. B. Palpeur utilisable pour mettre en oeuvre le procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier, un dispositif d'échappement maintenant élastiquement, dans une position détorm:née par rapport au bottier, une pa':: e terminale d'une tige don au moins une extrémité opposez, qu fait saillie hors du boîtier, est munie d'une touche de contact, la tige comportant, d'une part, un générateur de vibrations permettant de mettre la tige en résonance longitudinale à une fréquence supérieure à 10 kHz et, d'autre part, un élément fournissant un signal électrique représentatif de l'amplitude et de la phase des oscillations de la tige. 9. Palpeur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la tige est ramifiée pour porter plusieurs touches.