Brevet FR2493509A1 — publié le 19820507

L'invention se rapporte de manière générale à un appareil de mesure de précision et plus particulièrement à un procédé et un appareil permettant d'améliorer la précision d'une mesure optique ou électrique de position. L'invention se rapporte à un procédé et un dispositif d'amélioration de la précision d'un appareil optique ou électrique de mesure de position destiné à la mesure du déplacement d'un objet par rapport à un autre. Un système connu utilise des enroulements primaire et secondaire dont chacun se compose de plusieurs conducteurs connectés en série et disposés sur les surfaces voisines d'éléments de matière isolante mobiles l'un par rapport à l'autre. Dans un autre système, un réseau optique de franges moirées est déplacé sur la même distance et dans le même sens que le déplacement de l'objet et le nombre des franges déplacées par rapport à la ligne fiducielle est compté.Le perfectionnement selon l'invention est applicable à l'un ou l'autre de ces systèmes et consiste à placer une série de lignes parallèles ou de conducteurs parallèles sur la graduation ou l'objet mobile sous un angle par rapport à la trajectoire du déplacement de l'objet et à placer un autre groupe de lignes parallèles ou de conducteurs parallèles sur le curseur ou élément de lecture, puis à provoquer un mouvement réglé de la graduation transversalement par rapport à la trajectoire du déplacement de l'objet de manière à faire varier le "comptage" (c'est-à-dire la lecture) des lignes ou conducteurs de la graduation par rapport aux lignes ou conducteurs du curseur ou élément de lecture afin d'effectuer une compensation de l'erreur de la machine ou de la graduation et de rendre précis les "comptages" résultant de cette opération par rapport au mouvement réel de l'objet. Des brides réglables de serrage de la graduation sont utilisées pour permettre l'ajustement latéral réglé des graduations. Le principe consistant à utiliser des éléments de mesure pour calculer ou mesurer la longueur ou la dimension d'une course linéaire d'un objet par rapport à un autre est bien connu. Par exemple, il existe des appareils connus de vérification et de contrôle de la précision avec laquelle des pièces ont été usinées. Ces appareils de contrôle comportent des graduations combinées avec leurs différentes pièces de mesure du mouvement linéaire des composants de l'appareil suivant les axes X, Y et Z afin de faciliter le processus de contrôle. I1 est aussi bien connu que ce mouvement peut se mesurer avec encore plus de précision électroniquement. Ces mesures ont été effectuées essentiellement par deux méthodes différentes. Un systeme généralement utilisé consiste à utiliser des transformateurs sous la forme de bobinages primaire et secondaire, dont chacun se compose de plusieurs conducteurs connectés en série et placés sur les surfaces en regard de l'objet mobile ou graduation et du curseur qui se trouve au-dessus de la graduation. Lorsque les conducteurs d'un bobinage sont alimentés en tension alternative, le courant circulant dans chaque conducteur de ce bobinage induit une tension dans le conducteur de l'autre bobinage qui est momentanément voisin et ces tensions s'ajoutent aux bornes de l'autre bobinage pour produire une tension secondaire dont la valeur varie en fonction de la position relative de l'objet mobile et du curseur, ce qui permet de mesurer la course. Dans ce système, les conducteurs sont placés sur la graduation et le curseur qui se trouve au-dessus de cette dernière. Ces conducteurs sont disposés à 900 par rapport à la trajectoire de la course et une onde sinusoldale créée peut être lue électroniquement pour la mesure du mouvement linéaire. Un second système consiste à utiliser une série de lignes parallèles à la graduation et à mettre en oeuvre une tête de lecture sur-jacente qui comporte plusieurs lignes qui sont sous un angle différent de celui des lignes de la graduation par rapport à la trajectoire du mouvement. Lorsque la tête de lecture passe sur la graduation, un réseau optique de franges moirées est créé et la distance sur laquelle le mouvement a eu lieu peut être lue par lecture des impulsions qui sont créées par des cellules photo-électriques lors du mouvement des lignes en travers les unes des autres. La fluctuation de l'énergie électrique produit un cycle qui est décomposé en distance et "comptage" et qui est ensuite affiché sur un dispositif de lecture numérique. L'effet produit par ce système est en général dénommé effet de franges moirées. Par définition, lorsqu'une famille de lignes est superposée à une autre famille de lignes de manière qu'elles se croisent sous un certain angle, une nouvelle famille de courbes apparaît, ces courbes passant par les intersections des lignes initiales. Ces courbes produisent optiquement ce qui est fréquemment appelé une ligne d'ombre. De toute manière, le mouvement linéaire relatif le long de la trajectoire de la course de l'appareil ou de la machine est ensuite lu électriquement par réflexion de ces lignes d'ombre en déplacement. Bien que les systèmes de mesure évoqués ci-dessus permettent en principe de mesurer la course de l'objet par rapport à un autre, leur application aux différentes machines telles que, par exemple, les machines ou appareils' de contrôle mentionnés plus haut soulève un problème. Toutes les machines et tous lan appareils de cette nature comportent des imprécisions, soit de leurs échelles, soit de leurs géométries propres avec, pour conséquence, des imprécisions. dans les mesures. Toutes ces machines ou appareils étant affectés de ces erreurs, il serait souhaitable de pouvoir en effectuer la compensation ou d'éliminer cette erreur par ajustement ou réglage de la machine ou de l'appareil avec des tolérances admissibles. Les appareils de l'art antérieur sont en général incapables d'effectuer cette c9mpensation et donc la précision extrême souvent exigée des machines de ce type ne peut pas être obtenue facilement. La disposition normale du premier système décrit plus haut entre les conducteurs de la graduation et ceux du curseur est celle dans laquelle ils sont les uns et les autres normalement à 900 par rapport à la dimension longitudinale de la graduation ou, en d'autres termes, à l'axe de la course de l'objet. Dans le second système à franges moirées, les lignes du curseur sont disposées sous un angle différent de 900, tandis que les lignes de la graduation sont en général à 900 par rapport à la trajectoire du mouvement.Toutefois, bien que ces dispositions donnent une précision raisonnable, elles ne permettent pas d'apporter une compensation aux variations ou erreurs de la machine ou de la graduation elles-mêmes. I1 a été découvert conformément à l'invention que lorsque les lignes ou conducteurs aussi bien de la graduation que de l'élément de lecture ou curseur sont inclinés par rapport à la trajectoire du mouvement de la graduation, il est possible de mettre en oeuvre les systèmes de mesure optiques ou électriques de manière classique, mais il est aussi possible d'effectuer une compensation de l'erreur de la graduation ou de la géométrie de la machine ou appareil. I1 a été observé qu'il est avantageux d'incliner les deux groupes de lignes du système à franges moirées et non pas d'incliner l'un de ces groupes et de disposer l'autre à 900 par rapport à la trajectoire de la course, comme dans les appareils classiques. L'avantage obtenu est que le déplacement latéral ou transversal de la graduation par rapport à la trajectoire de la course modifie la longueur réelle entre les points d'intersection des lignes inclinées de la graduation et des lignes inclinées du curseur. Le même principe est utilisable lorsque des conducteurs sont utilisés et que ceux-ci sont disposés sous un angle par rapport à la trajectoire du mouvement. I1 en résulte une modification du "comptage" ou de la lecture finale, car le mouvement latéral de la graduation a pour conséquence un mouvement linéaire des conducteurs. En d'autres termes, il a été découvert que le comptage obtenu sur une longueur donnée de course peut être augmenté ou diminué par le mouvement latéral de la graduation. I1 a été découvert que le mouvement peut s'obtenir simplement et facilement par un appareillage de serrage amovible relativement simple qui autorise l'ajustement latéral de la graduation de manière à permettre de mettre en oeuvre facilement et rapidement le procédé d'amélioration de la précision de la lecture ou de la mesure finale de la course de l'objet mobile. L'invention va être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une représentation schématique illustrant les conducteurs du curseur et de la graduation d'un appareil de mesure de type à induction qui sont superposés les uns aux autres de la manière normale la figure 2 est une représentation semblable à celle de la figure 1 et montre la position des conducteurs du curseur et de la graduation après qu'ils ont été placés obliquement ; la figure 3 est une représentation analogue à celle de la figure 2, mais après ajustement ou déplacement latéral de la graduation la figure 4 est une représentation schématique illustrant les lignes du curseur et de la graduation d'un système à franges moirées qui sont superposées les unes aux autres de la manière normale ;; la figure 5 est une représentation semblable à celle de la figure 4 et illustre la position des lignes du curseur et de la graduation après que cette dernière a été déplacée le long de la trajectoire du mouvement de la machine ou appareil et montre les points d'intersection ou points auxquels apparaîtraient les lignes d'ombre les figures 4A et 5A sont des représentations analogues à celles des figures 4 et 5 et montrent une variante de la disposition des franges moirées dans laquelle les lignes du curseur ainsi que celles de la graduation sont disposées sous un angle différent de 900 par rapport à la trajectoire du mouvement la figure 6 est une représentation semblable à celle de la figure 4A la figure 7 est une représentation semblable à celle de la figure 5A et illustre le mouvement de la graduation le long de la trajectoire du mouvement de la machine ou appareil après que cette graduation a été ajustée transversalement par rapport à cette trajectoire, cette figure représentant également le mouvement des lignes d'ombre permettant d'obtenir le nouveau comptage la figure 8 est une vue en plan partielle de la graduation et du curseur du système à induction et en montre schématiquement les conducteurs dont la disposition a été modifiée conformément à l'invention ; la figure 9 est une coupe transversale partielle représentant la graduation et le curseur de la figure 8 ainsi qu'un dispositif permettant d'effectuer l'ajustement transversal de la graduation ; la figure 10 est une vue en plan partiel du système à franges moirées qui est modifié conformément à l'invention ; et la figure ll est une coupe transversale partielle représentant la graduation et le curseur de la figure 10 ainsi qu'un dispositif permettant d'effectuer l'ajustement transversal. Avant de décrire les figures, il convient de rappeler que le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 2 799 835 décrit clairement le concept consistant à utiliser des transformateurs et conducteurs de mesure de position tels que ceux qui ont été mentionnés plus haut. De même, le concept général du phénomène des franges moirées est bien connu et a également été évoqué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 1 415 627. Donc, ce phénomène lui-même ne sera pas expliqué plus en détail dans le présent mémoire. I1 convient également de remarquer que, bien qu'il soit fréquemment question de "lignes" dans la présente demande, les principes décrits sont également applicables à des "conducteurs De plus, les différents appareillages électroniques ou optiques nécessaires à permettre l'utilisation de ce phénomène électriquement ou optiquement sont décrits en détail dans les brevets cités ci-dessus. Donc, les dessins et leur description ne sont donnés qu'en termes généraux dans le présent mémoire, étant bien entendu que l'appareillage électronique nécessaire à la mise en oeuvre du procédé de l'invention et son adaptation au principe de l'invention sont facilement compréhensibles aux spécialistes, compte tenu en particulier de la description des brevets cités ci-dessus. Les figures 1 à 3 illustrent essentiellement le système électrique à induction mentionné en préambule ; la figure 1 représente schématiquement la graduation 10 et le coulisseau 20. La graduation 10 comporte une série de lignes 11 destinées à représenter les conducteurs de ce système de mesure, tandis que le curseur 20 comporte une série de lignes brisées 21 destinées à représenter schématiquement ses conducteurs. Sur la figure 1, ils occupent la position usuelle ou, en d'autres termes, ils sont à angle droit par rapport à la trajectoire du mouvement indiquée par une flèche 30. La figure 2 représente la manière dont les conducteurs 11 de la graduation 10 et les conducteurs 21 du curseur 20 ont été disposés sous un angle par rapport à la trajectoire du mouvement 30. Cette figure montre également la manière dont le mouvement le long de la trajectoire de la course 30 de la machine peut être mesuré sous forme d'une dimension A. La figure 3 représente la manière suivant laquelle une lecture différente désignée par la dimension B est obtenue lorsque la graduation 10 a été ajustée transversalement par rapport à la trajectoire du mouvement 30 dans le sens de la flèche 50. Sur la figure 3, la référence 22 désigne l'ajustement latéral de la graduation, la référence 23 désigne la nouvelle ligne de la graduation après ajustement et la référence 24 désigne la ligne de la graduation de la figure 2. Ce genre d'ajustement permet de compenser les erreurs de la graduation ou de la géométrie de la machine et modifie la lecture engendrée par le mouvement du curseur 20 par rapport à la graduation 10 en permettant ainsi d'obtenir une lecture précise. Ainsi, le comptage linéaire d'un mouvement linéaire donné est modifié par l'ajustement latéral. Sur les figures 4 et 5 qui représentent le système à franges moirées, la graduation représentée schématiquement et portant la référence générale 110 comporte plusieurs lignes parallèles 111 qui sont disposées à 900 par rapport à la trajectoire du mouvement ou de la course 130 de la machine ou de l'appareil. Suivant une disposition couramment utilisée en pratique, il existe 40 lignes par mm, bien que ce nombre de lignes puisse varier et n'ait aucune importance dans le cadre de l'invention. Le curseur 120 qui est disposé au-dessus de la graduation comporte également un réseau de lignes parallèles 121 qui sont disposées sous un angle par rapport à la trajectoire du mouvement 130. Cette disposition est celle qui est normale dans un système à franges moirées et le mouvement dans la direction de la flèche 130 donne la mesure linéaire C. Les lignes 121 sont représentées sous forme de lignes brisées pour la clarté des dessins. I1 est bien entendu qu'en pratique, il s'agirait de traits pleins, comme les lignes 111. La figure 4A représente une variante de la disposition à franges moirées dans laquelle les lignes de la graduation et celles du curseur sont disposées sous un angle différent de 900 par rapport à la trajectoire du mouvement 130, la référence 122 indiquant la ligne d'ombre. La figure 5A illustre les lignes du curseur et celles de la graduation après que cette dernière a été déplacée dans la direction de la flèche 130. Dans ce cas, les "lignes d'ombre" produites par l'effet de franges moirées apparaissent à l'intersection des lignes 121 et des lignes 111, ce point d'intersection étant indiqué par la référence 140 sur la figure 5 et l'ancienne "ligne d'ombre" de la figure 4 étant indiquée par la référence 141, l'ancienne ligne d'ombre de la figure 4A étant indiquée par la référence 122. Celle-ci donne le "comptage" qui peut être traduit en une mesure réelle de la distance de la course linéaire indiquée par la lettre D. La figure 6 est semblable aux figures 4 et 5 ainsi qu'aux figures 4A et 5A et représente à nouveau la graduation et le curseur en position initiale, les lignes de la graduation ainsi que celles du curseur étant sous un angle différent de 900 par rapport à la trajectoire du mouvement 130 de la machine. La figure 7 montre par contre que la graduation 110 a été déplacée dans la direction de la flèche 150, latéralement ou transversalement par rapport à la direction de la flèche 130, et donc le nouveau comptage est indiqué par la lettre E, la ligne d'ombre étant indiquée par la référence 123. Après ce déplacement et lorsque l'ajustement a été effectué à l'aide de l'appareil qui sera décrit plus bas, la graduation et la machine sont ensuite déplacées dans la direction de la flèche 130 en provoquant à nouveau l'apparition des lignes d'ombre à l'intersection des lignes de la graduation et du curseur ou élément de lecture. Une ligne d'ombre est également indiquée par la référence 140, mais dans ce cas, le comptage a été modifié par suite du mouvement de la graduation dans la direction de la flèche 150, le nouveau comptage (c'est-à-dire la nouvelle lecture) étant indiqué par la lettre E.Il est possible de produire soit une augmentation, soit une diminution du comptage, selon le sens de l'ajustement de la graduation. I1 est possible de compenser ainsi les erreurs de géométrie de la machine ou de la graduation elle-même et d'assurer une précision raisonnable de la mesure et du fonctionnement de la machine. A titre d'exemple, pour 40 lignes par mm et lorsque les lignes de la graduation sont inclinées de 100, un déplacement latéral de 0,254 mm a pour conséquence une modification du comptage de 0,0447 mm et un mouvement de 0,0508 mm a pour conséquence une modification du comptage de 0,00889 mm. La distance sur laquelle le mouvement est exécuté dépend naturellement de l'erreur particulière de la géométrie de la machine et il est en principe possible d'effectuer un réglage de la graduation de manière à permettre une lecture avec une précision de 0,00254 mm dans des intervalles de mesure de 76,2 mm, de manière que l'erreur totale sur une course de 1270 mm demeure dans la plage de 0,00254 mm. Suivant un autre exemple, s'il existe une erreur de graduation de 0,0127 mm sur une course de 1270 mm et une erreur de la machine qui est également de 0,0127 mm, il en résulterait une erreur possible de 0,0254 mm. Le réglage pouvant être effectué conformément à l'invention permet de réduire l'erreur à 0,00254 mm. Les figures 8 et 9 représentent un exemple d'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé par le système à induction. Dans cette représentation, la graduation 10 consiste en un élément plan et allongé qui comporte à la surface plusieurs lignes parallèles 11. Ces lignes représentent schématiquement les conducteurs. Le curseur 20 comporte des lignes 21 qui représentent aussi schématiquement des conducteurs. La graduation 10 est maintenue en place sur la machine 70 au moyen de brides de réglage 60 qui sont fixées à la machine au moyen de vis 61. Dans ce mode de réalisation particulier, les brides de serrage 60 ont un profil en cornière dont une branche est logée dans une cavité 71 de la machine elle-meme. Ces brides de serrage comportent des surfaces inclinées 62 et la graduation comporte sur les bords des surfaces complémentaires inclinées 12, de sorte que le desserrage d'une bride et le serrage de l'autre imposent à la graduation un déplacement dans la direction de la flèche 50 pour effectuer l'ajustement. Les figures 10 et 11 représentent un système à franges moirées qui est modifié conformément à l'invention, ces figures illustrant des lignes 111 et 121 qui représentent les lignes usuelles de la graduation 1f0 et du curseur 120. La graduation 110 est tenue en place sur la pièce mobile de la machine 170 au moyen de brides de réglage 160 qui sont disposées à recouvrement sur les bords transversaux de la graduation 110 et sont fixées de manière réglable et amovible à la machine 170 au moyen de vis 161. Le curseur 120 est superposé à la graduation et il apparaît clairement qu'il suffit de desserrer les vis 161 pour permettre de déplacer la graduation latéralement ou transversalement par rapport à la ligne de la course 130 dans la direction de la flèche 150. Les vis peuvent ensuite être resserrées et le réglage de compensation est effectué par la machine. Par la suite, bien entendu, le mouvement et le fonctionnement normaux de la machine dans la direction de la flèche 30 donnent le "comptage" corrigé de la figure 7 et en dernier ressort la lecture corrigée. Les figures 8 et 9 représentent un mécanisme de réglage de l'ajustement transversal, tandis que les figures 10 et 11 en représentent un autre. Ces mécanismes peuvent être interversés dans les deux systèmes. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure d'un mouvement, suivant lequel des enroulements primaire et secondaire se composant de plusieurs conducteurs connectés en série sont disposés, d'une part, sur un objet mobile et, d'autre part, sur un objet fixe et l'un de ces enroulements est alimenté en énergie de manière à produire une tension secondaire dont la valeur varie en fonction de la position relative des objets, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à disposer lesdits conducteurs (11, 21) sous un angle différent de 900 par rapport à la trajectoire du mouvement (30) et à régler la valeur de la tension secondaire en déplaçant lesdits conducteurs de l'objet mobile transversalement par rapport à la trajectoire du mouvement de l'objet mobile sur une distance fixe de manière à provoquer une augmentation ou une diminution du comptage linéaire pour un mouvement linéaire donné. 2. Procédé de mesure suivant lequel une première série de lignes parallèles d'un réseau est disposée sur un élément fixe qui est superposé à une seconde série de lignes d'un réseau qui est disposée sur un élément mobile, et les franges moirées qui sont créées par le mouvement relatif des faisceaux de lignes sont détectées électriquement, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à disposer lesdits faisceaux de lignes (111) sous un angle différent de 900 par rapport à la trajectoire du mouvement (130) de l'élément mobile et à régler le faisceau de lignes de l'élément mobile transversalement par rapport à la trajectoire du mouvement de l'élément mobile sur une distance fixe afin de provoquer une augmentation ou une diminution du comptage linéaire pour un mouvement linéaire donné des franges moirées afin de compenser une erreur de la machine ou de la graduation. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits réseaux de lignes sont disposés sous des angles différents par rapport à la direction du mouvement. 4. Système de mesure d'un mouvement linéaire, comprenant des enroulements primaire et secondaire se composant de plusieurs conducteurs connectés en série et disposés, d'une part, sur la graduation d'un objet mobile et, d'autre part, sur un objet fixe, l'un de ces enroulements étant alimenté en énergie de manière à produire une tension secondaire dont la valeur varie en fonction de la position relative des objets, caractérisé en ce que les conducteurs (11) de l'objet fixe sont disposés sous un angle par rapport à la trajectoire du mouvement (30), les conducteurs (21) de l'objet mobile étant placés sous un angle par rapport à la trajectoire du mouvement et cet angle étant différent de celui des conducteurs de l'objet fixe, et un mécanisme d'ajustement ou de réglage de la graduation transversalement par rapport à la trajectoire du mouvement sur une distance fixe permettant de provoquer une augmentation ou une diminution du comptage linéaire pour un mouvement linéaire donné. 5. Système de mesure d'un mouvement linéaire, comprenant une graduation comportant un réseau périodique de lignes parallèles et un curseur superposé qui comporte un réseau semblable de lignes parallèles, ledit système comprenant par ailleurs un dispositif électronique de détection des franges moirées produites par le mouvement relatif de la graduation et du curseur, caractérisé en ce que les lignes (111) de la graduation sont disposées sous un angle par rapport à la trajectoire du mouvement (130), les lignes (111) du curseur superposé étant disposées sous un angle par rapport à la trajectoire du mouvement, cet angle étant différent de celui des lignes de la graduation, et un mécanisme d'ajustement de la graduation transversalement par rapport à la trajectoire du mouvement de l'élément mobile sur une distance fixe permettant de produire une augmentation ou une diminution du comptage linéaire pour un mouvement linéaire donné. 6. Système selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que ledit mécanisme d'ajustement ou de réglage de la graduation comprend plusieurs brides de serrage (60, 160) fixées de manière amovible à l'objet mobile et serrant de manière amovible la graduation de manière à permettre de déplacer cette dernière transversalement par rapport à la trajectoire du mouvement. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit objet mobile comporte plusieurs cavités (71) dans l'une de ses surfaces, lesdites brides de serrage ayant un profil en cornière dont une branche est logée dans l'une desdites cavités, l'autre branche des brides s'achevant en une surface inclinée (62), ladite graduation comportant des bords transversaux (12) présentant une inclinaison qui est complémentaire de celle des brides et contre laquelle la surface inclinée de celles-ci est placée, de manière que le desserrage d'une bride et le serrage de l'autre imposent à ladite graduation un déplacement qui est transversal par rapport à la trajectoire du mouvement dudit élément mobile.