Brevet FR2493512A1 — publié le 19820507

La présente invention se rapporte à un dispositif pour mesurer la planéité et la linéarité de surfaces, notam- ment de grandes surfaces, qui est constitué par au moins deux récipients communicants, remplis d'un liquide et dis- posés sur la surface à mesurer et sur une surface de réfé- rence, chacun des récipients renfermant une membrane et un transmetteur qui est associé à cette dernière et dont la sortie délivre des signaux électriques qui sont fonction de la déviation en hauteur ou de l'extension de la membrane et qui sont appliqués, par l'intermédiaire d'un circuit diffé- rentiateur, à un amplificateur de mesure dont la sortie est reliée à un étage d'affichage ou d'évaluation par l'intermé- diaire d'une chaîne de filtrage. On connaît par le brevet DD 125 440 un procédé de mesure qui est basé sur l'utilisation d'au moins deux ré- cipients communicants dans lesquels un liquide fait dévier, en fonction de la position verticale relative des récipients l'un par rapport à l'autre, une membrane qui coopère avec un transmetteur. Les déviations créent des signaux électriques qui, après formation de la différence, sont amplifiés, fil- trés et affichés ou évalués. Ce procédé de mesure présente cependant l'inconvénient que la précision, pouvant être at- teinte, est fortement limitée par des influences exercées sur les signaux de mesure par des variations de volume à l'inté- rieur des récipients. Ces variations de volume proviennent notamment de déformations du tuyau de liaison lors des mou- vements des récipients. Ce phénomène s'accroît avec l'aug- mentation de l'étendue des surfaces à mesurer et avec l'aug- mentation de la distance qui sépare les endroits de mesure, c'est-à-dire les récipients. De ce fait la précision de la mesure et en conséquence l'utilisation du dispositif de me- sure se trouvent sensiblement limitées. Des variations de volume à l'intérieur des récipients peuvent également être provoquées par des conditions climatiques, par exemple par des influences de température sur les parois des récipients et sur le liquide. L'influence exercée sur le signal de me- sure provient du fait qu'en raison des variations de volume le signal résultant de la différentiation des signaux émis par le transmetteur,lors d'une élévation ou d'un abaissement identique du niveau du liquide sur les deux côtés du système à vases communicants, n'est pas invariable comme cela est le cas lorsqu'on se trouve en présence d'un liquide dont la surface est au contact avec l'atmosphère mais du fait que les membranes ne sont pas tout à fait identiques en ce qui con- cerne leur constante élastique agissant sur la surface du li- quide et que pour cette raison leurs courses sont différentes lors de variations de volume. Les courses différentes des membranes créent des signaux différents dans le transmetteur et réduisent de ce fait la précision de la mesure. La présente invention a pour objet d'améliorer la précision et la fiabilité de la mesure tout en permettant une utilisation universelle, notamment pour la mesure de grandes surfaces,en créant un dispositif pour mesurer la planéité et la linéarité de surfaces dans lequel le résultat de la mesure n'est pas faussé par des variations de volume apparaissant dans des récipients communicants remplis de liquide. Les problèmes exposés ci-dessus sont résolus con- formément à l'invention par un dispositif de mesure de la planéité et de la linéarité de surfaces, notamment de grandes surfaces,au moyen d'un procédé à vases communicants et qui est caractérisé en ce que la sortie de chaque transmetteur est reliée au circuit différentiateur par l'intermédiaire d'un étage d'évaluation qui est associé au transmetteur coopérant avec la membrane et qui peut être réglé en fonction des carac- téristiques de cette dernière. Chaque étage d'évaluation est constitué avantageu- sement par deux bobines d'induction couramment dénommées selfs formant un système à selfs différentielles à noyau de fer doux réglable pour l'excitation des deux selfs. Suivant une caractéristique de l'invention, on pré- voit des moyens pour faire varier le volume à l'intérieur des récipients communicants afin d'obtenir des valeurs de réglage pour les étages d'évaluation, Il est également avantageux d'utiliser, en tant que transmetteur, un transducteur inductif dont le noyau mobile à l'intérieur d'une bobine est relié rigidement à la membrane en étant guidé verticalement par un ressort, de préférence un ressort-lame. Le transmetteur peut également être un transducteur capacitif dont l'électrode mobile se déplaçant,verticalement et parallèlement à l'électrode fixe, est reliée rigidement à la membrane et est guidée verticalement par un ressort, de préférence un ressort-lame. Il est en outre avantageux de pouvoir agir de fa- çon mesurable sur la coordonnée de hauteur de la surface de référence notamment lorsqu'on doit mesurer des surfaces qui présentent des écarts importants dans le sens vertical. Des variations de volume faussant le résultat de la mesure pro- viennent des caractéristiques différentes des membranes mon- tées dans les récipients communicants. En raison de ces ca- ractéristiques non uniformes les transmetteurs délivrent des signaux électriques différents par suite de la variation du volume. Dans la présente invention les signaux électriques créés par les transmetteurs sont influencés de façon qu'ils puissent être commandés et réglés en fonction des différen- tes caractéristiques des membranes. Cette commande s'effec- tue dans les étages d'évaluation branchés à la suite de chaque transmetteur. De cette manière les signaux émis par les transmetteurs sont corrigés à l'aide de valeurs de com- pensation qui correspondent aux propriétés mécaniques des membranes avant la formation de la différence. Les valeurs de compensation sont déterminées, de préférence,en utilisant des moyens connus, par exemple par refoulement du liquide, en vue de créer une variation de volume artificielle. A par- tir de cette variation de volume on évalue les différents signaux électriques créés par les propriétés différentes des membranes pour obtenir ainsi les valeurs de compensation. Les étages d'évaluation sont constitués avantageu- sement par un système à bobines différentielles dont le no- yau mobile permet de commander l'excitation des bobines de façon à faire varier les grandeurs des signaux des transmet- teurs les unes par rapport aux autres. Lors d'un montage en pont des transmetteurs et du système à bobines différentiel- les, le montage en pont peut également être utilisé en tant que circuit différentiateur. La linéarité du système de me- sure,- c'est-à-dire une relation linéaire entre la variation mécanique de la hauteur et la détection, la mesure et l'affi- chage de cette variation, constitue la condition de base aussi bien pour la précision du processus de mesure que pour la précision de la compensation des signaux délivrés par les transmetteurs aux étages d'évaluation. Afin d'obtenir cette linéarité il est nécessaire d'apporter un soin particulier à la liaison entre le transmetteur et la membrane. Pour cette raison il est avantageux d'utiliser, en tant que transmetteur, des transducteurs inductifs ou capacitifs qui présentent une très grande linéarité sans que des variations de l'entrefer dépendant des déviations faussent les signaux délivrés par les transducteurs par suite de non linéarités. Il est alors nécessaire de réaliser une liaison rigide entre le palpeur mécanique et la membrane mobile laquelle est stabilisée, en vue d'un mouvement exempt de friction dans le sens de dépla- cement, par la force élastique d'un ressort. La plage de linéarité du dispositif de mesure n'est pas illimitée, Grâce à l'invention le procédé de mesure con- nu permet de mesurer également des surfaces très étendues avec une grande précision et de façon fiable du fait que des variations de volume, provenant notamment de déformations des tuyaux de liaison, ne faussentplus le résultat des mesures. Lors d'un contrôle de surfaces dont la géométrie s'écarte du plan rectiligne de façon importante, la plage de linéarité du système de mesure est sollicitée jusqu'à ses limites et même davantage. Afin de pouvoir assurer quand même la linéarité né- cessaire à la précision et à la fiabilité du résultat de me- sure et notamment la compensation suivant l'invention qui contribue de façon importante à la précision de la mesure, il est avantageux de pouvoir faire varier la coordonnée ver- ticale de la surface de référence. De ce fait des niveaux différents de la surface peuvent être détectés de façon pré- cise avec le procédé de mesure de la planéité à l'aide d'une exploration ponctuelle. La mesure du rattrapage de la coor- donnée verticale permet en mêéme temps d'obtenir une valeur représentative pour les différences superficielles de la sur- face à contrôler. Diverses autres caractéristiques de l'invention res- sortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. La fig. 1 représente schématiquement un dispositif pour la mesure de la planéité et de la linéarité qui comporte les étages d'évaluation suivant l'invention. La fig. 2 montre une forme de réalisation avan- tageuse des étages d'évaluation utilisant un système à bobines différentielles. La fig. 3 montre le couplage d'un transducteur in- ductif, en tant que transmetteur, au moyen d'une liaison ri- gide, avec la membrane se trouvant dans un récipient muni d'un châssis porteur. La fig. 1 représente un dispositif pour mesurer la planéité et la linéarité de surfaces qui fonctionne selon le principe connu par le brevet DD 125 440. Deux récipients 6, 7 remplis d'un liquide 8, 9 sont reliés pour communiquer,l'un avec l'autre, par un con- duit tubulaire 16. Chacun des récipients 6, 7 est obturé par le haut au moyen d'une membrane 10 ou 11. Des châssis porteurs 14, 15 contenant chacun un transmetteur 12 ou 13 sont placés sur les récipients 6, 7. Les palpeurs 30 ou 31 des transmetteurs 12, 13 sont reliés aux membranes 10 ou 11. Le récipient 6 repose sur la surface à contrôler 2 par l'intermédiaire d'un palpeur 29, tandis que le récipient 7 repose sur un châssis support 19 qui est disposé à poste fixe sur une fondation 20. Le conduit de liaison 16 pré- sente une chambre 32 qui comporte une vis de réglage 33. Les sorties des transmetteurs 12, 13 sont reliées par l'in- termédiaire de conducteurs 21, 22 et d'étages d'évaluation 34, 35 à un circuit différentiateur 23 dont la sortie est reliée à un amplificateur de mesure 24 par l'intermédiaire d'un conducteur 27. Les signaux de sortie de l'amplifica- teur de mesure arrivent dans une unité d'enregistrement 26 en passant par une chalne de filtrage 25. La position du ré- cipient 6 peut être modifiée dans le sens vertical par la surface à explorer 2 et par l'intermédiaire du palpeur 29. Les membranes 10, 11 sont déviées par le système à vases communicants contenant le liquide en fonction des positions verticales relatives des récipients 6 et 7. Ces déviations sont détectées par les transmetteurs et transformées en si- gnaux électriques. Etant donné que le récipient 7 repose fixement sur la fondation 20, les signaux de sortie des transmetteurs 12, 13, présents dans les conducteurs 21 et 22, contiennent des informations en ce qui concerne lez coor- données verticales, c'est-à-dire de hauteur, de surface 2 ou bien de planéité de cette dernière de façon qu'il soit pos- sible de relever la géométrie superficielle suivant le prin- cipe d'une balance à tuyau. A partir de ces signaux on forme un signal différentiel qui est ensuite amplifié par l'ampli- ficateur de mesure 24. Le signal ainsi obtenu,et qui repré- sente une quasi tension continue, est séparé dans un filtre 25 du spectre des signaux perturbateurs provenant surtout d'oscillations présentes au lieu d'utilisation du dispositif de mesure. Après le filtrage la valeur mesurée est enregis- trée ou affichée à l'aide d'une unité d'enregistrement 26. La valeur mesurée et affichée constitue directement une mesu- re représentative pour la géométrie de la surface 2. Les membranes 10 et 11 sont des organes extensi- bles dont les constantes élastiques agissant intégralement sur les liquides ne sont pas exactement identiques. Les ca- ractéristiques des membranes sont fonction d'un grand nombre de facteurs tels que la matière constitutive, la forme, les paramètres technologiques, etc. Ces caractéristiques dif- férentes des membranes provoquent cependant des déviations différentes lors de leur extension. En conséquence les re- sultats de mesure se trouvent faussés lorsque le volume des liquides 8 et 9 varie. Des variations de volume peuvent être provoquées tant par des conditions climatiques que par des déformations du conduit tubulaire 16. Afin de compenser ces influences perturbatrices, chacun des conducteurs 21, 22, venant des transmetteurs 12, 13, est relié à un étage d'éva- luation 34 et 35, Dans ces étages d'évaluation le signal délivré par le transmetteur est commandé en fonction des ca- ractéristiques propres à la membrane 10 ou 11 associée au transmetteur concerné 12 ou 13. Les valeurs de correction électriques pour les caractéristiques mécaniques différentes des membranes sont déterminées avantageusement par des varia- tions de volume créées artificiellement dans la chambre 32 au moyen de la vis de réglage 33. Après la correction des signaux électriques émis par les transmetteurs, le signal différentiel présent dans le conducteur 27 est indépendant des influences provoquant des variations de volume. De ce fait le dispositif de mesure peut être utilisé universelle- ment et ceci non seulement sous des conditions climatiques différentes mais également pour la mesure de très grandes surfaces en utilisant alors un tuyau souple en tant que con- duit de liaison 16. La mobilité et la longueur du tuyau augmentent le risque des déformations. La fig. 2 montre une forme de réalisation avanta- geuse des étages d'évaluation dans laquelle chaque étage d'é- valuation est constitué par deux bobines. Deux bobines 36 et 37 forment l'étage d'évaluation 34 tandis que l'étage d'évaluation 35 comprend deux bobines 38 et 39. Les bo- bines 36, 37, 38 et 39 sont reliées les unes aux autres de façon à former un système à bobines différentielles qui com- prend un noyau mobile. On fait varier l'inductivité et de ce fait la résistance inductive de chaque paire de bobines 36, 37 et 38, 39 en déplaçant le noyau 40 de manière que le réglage du noyau 40 permette de faire varier l'influence exer- cée par les signaux des transmetteurs les uns sur les autres. La fig. 2 représente un montage en pont des trans- metteurs 12, 13 avec le système différentiel composé des bobines 36, 37, 38 et 39. Les deux bobines 41 et 42 sym- bolisent alors les inductivités variables d'un transducteur inductif formant le transmetteur 12. Le transmetteur 13 est constitué, de façon analogue, par deux autres bobines 43, 44 à inductivité variable. Une tension d'alimentation Uv est appliquée au montage en pont par l'intermédiaire de deux conducteurs 45 et 46. Les raccords communs des bobines 43, 44 du transmetteur 13 sont reliés à la masse, tandis que les raccords communs des bobines 41, 42 sont reliés à l'amplificateur de mesure 24 par l'intermédiaire d'un con- ducteur 27 (voir fig. 1). Il est avantageux d'utiliser le montage en pont pour réaliser en même temps le circuit diffé- rentiateur 23. Grâce à l'élimination de l'influence perturbatrice provenant des propriétés des membranes et exercée sur le ré- sultat de mesure lors d'allongements différents de ces der- nières, le dispositif de mesure permet d'obtenir également une grande précision lors de déviations importantes des mem- branes. Pour obtenir ce résultat il est cependant essentiel de disposer d'une plage de linéarité suffisante lors de la détection, le traitement et l'affichage de la course verti- cale. La fig. 3 montre un couplage avantageux du transmet- teur 12 avec la membrane 10 afin d'assurer cette linéa- rité. En tant que transmetteur 12 on utilise un transduc- teur inductif dans lequel un noyau 50 est déplacé à l'in- térieur d'un ensemble de bobines 47 comportant au moins deux fils de raccordement 48 et 49. Le noyau 50 est relié ri- gidement à la membrane 10 par l'intermédiaire d'un support 51 et de deux éléments de fixation 52, 53. Le support 51 est guidé par un ressort-lame 55 qui est fixé au châssis porteur 14 au moyen d'un élément 54. Etant donné que la membrane 10 représente un organe flottant, le déplacement du noyau 50 est ainsi stabilisé pour un sens de mouvement unique. L'ensemble de bobines 47 est disposé sur le chas- sis porteur 14 de façon que le noyau 50 puisse se dépla- cer sans friction à l'intérieur de cet ensemble 47, Ce cou- plage entre la membrane et le transmetteur se distingue par de grandes caractéristiques linéaires et ceci notamment par suite de l'absence de non-linéarités provoquées par un entre- fer capacitif ou inductif. On peut également utiliserien tant que transmetteur, un transducteur capacitif dont les é- lectrodes s'engagent parallèlement l'une dans l'autre lors du déplacement vertical, Cependant la plage de linéarité lors de la mesure et de ce fait lors de la compensation des effets produits par des variations de volume n'est pas illimitée. Lors de la mesure de surfaces et notamment lors de la mesure de très grandes surfaces pouvant être contrôlées grâce à des moyens faisant l'objet de la présente invention, apparaissent des différences de hauteur qui entraînent une utilisation de toute la plage de linéarité jusqu'à la limite et même au-delà lorsque la géométrie de la surface n'est pas parfaitement plane. Afin d'assurer quand même la linéarité parfaite à par- tir de la détection de la valeur de mesure jusqu'à l'afficha- ge de cette dernière en vue d'obtenir la précision requise, il est avantageux de pouvoir agir et de régler la position verticale du récipient 7 par l'intermédiaire de moyens non représentés aux dessins. Par la mesure extrêmement précise de cette position verticale du récipient 7 on peut, en ou- tre, obtenir une mesure pour l'écart en hauteur de la sur- face à contrôler 2. De ce fait, la mesure de surfaces non planes est réalisée par une mesure comparative de plans exé- cutée par points ou par zones. REVENDICATIONS 1 -- Dispositif pour mesurer la planéité et la linéa- rité de surfaces, notamment de grandes surfacesqui est cons- titué par au moins deux récipients communicants, remplis d'un liquide et disposés sur la surface à mesurer et sur une sur- face de référence, chacun des récipients renfermant une mem- brane et un transmetteur qui est associé à cette dernière et dont la sortie délivre des signaux électriques qui sont fonc- tion de la déviation en hauteur ou de l'extension de la mem- brane et qui sont appliqués, par l'intermédiaire d'un circuit différentiateur, à un amplificateur de mesure dont la sortie est reliée à un étage d'affichage ou d'évaluation par l'inter- médiaire d'une chaine de filtrage, caractérisé en ce que la sortie (21, 22) de chaque transmetteur (12, 13) est reliée au circuit différentiateur (23) par l'intermédiaire d'un étage d'évaluation (34, 35) qui est associé au transmetteur (12, 13) coopérant avec la membrane (10, 11) et qui peut être réglé en fonction des caractéristiques de cette dernière. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que chaque étage d'évaluation (34, 35) est consti- tué par deux bobines (36, 37; 38, 39) et en ce que les bobi- nes (36, 37; 38, 39) des étages d'évaluation (34, 35) forment un système à bobines différentielles qui comporte un noyau réglable (40) pour l'excitation à chaque fois d'une paire de bobines. 3 - Dispositif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comporte des moyens (32, 33) pour faire varier le volume à l'intérieur des récipients communicants (6, 7) et pour obtenir les valeurs de réglage des étages d'évaluation (34, 35). 4 - Dispositif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que chaque transmetteur (12, 13) est un trans- ducteur capacitif dont le noyau (50),mobile à l'intérieur d'une bobine (47), est relié rigidement avec la membrane (10) et est guidé verticalement au moyen d'un ressort (55), de préférence, un ressort-lame. - Dispositif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que chaque transmetteur (12, 13) est un trans- ducteur capacitif dont l'électrode mobile se déplace ver- ticalement et parallèlement par rapport à l'électrode immo- bile et est reliée rigidement à la membrane en étant guidée verticalement par un ressort, de préférence, un ressort-lame. 6 - Dispositif suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que la coordonnée de hauteur (verticale) de la surface de référence peut être modifiée de façon mesurable, notamment lorsqu'il s'agit de surfaces à contrôler qui pré- sentent des écarts verticaux importants.