Brevet FR2487502A1 — publié le 19820129

i La présente invention se rapporte à une tête de mesu- re pour le contrôle des dimensions linéaires des pièces méca- -niques, qui comprend un bras de mesure, un palpeur fixé au bras et destiné à entrer en contact avec la pièce à vérifier, des moyens de support destinés à supporter le bras et à blo- quer la tête sur un support extérieur, des moyens d'articula- tion servant à relier le bras au moyen de support tout en per- mettant à ce bras de décrire des mouvements de pivotement au- tour d'un axe géométrique à peu près perpendiculaire au bras, un transducteur muni de deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre, fixés respectivement au bras et aux moyens de sup- port, le transducteur émettant un signal représentatif de la position du bras par rapport aux moyens de support. Les instruments de mesure classiques destinés au con- tr8le des caractéristiques géométriques de pièces mécaniques comprennent un bottier extérieur et un bras mobile dont une première partie eSL lugee dans le ooitier tandis qu'une deu- xième partie est située à l'extérieur du bottier. La deuxième partie comprend un palpeur destiné à entrer en contact avec la pièce à contr8ler. Une articulation permettant les mouvements de pivote- ment du bras qui peut être formée, par exemple, par de minces lames flexibles ou par un axe et une bague de précision, est combinée au bras et à un élément de support fixé au bottier et situé à l'extérieur de ce bottier. Les déplacements ou, plus exactement, les positions du bras sont détectés par un transducteur qui comporte des é- léments fixés respectivement à la première partie du bras et à l'élément de support; le transducteur est connecté par des moyens de connexion à un groupe d'alimentation et d'indication extérieure. Le bottier est prévu pour protéger mécaniquement les éléments de l'instrument qui sont situés à l'intérieur de ce bottier et pour permettre de bloquer l'instrument sur un sup- port extérieur. Ces instruments classiques comprennent habituellement des garnitures d'étanchéité agencées entre le bottier et le bras et entre le bottier et les moyens de connexion du trans- ducteur pour éviter que des matières étrangères telles que l'humidité et la poussière ne puissent pénétrer à l'intérieur de l'instrument, ce qui entraînerait le risque de nuire à son fonctionnement, par exemple par suite de détérioration du transducteur. Ces instruments classiques présentent certains incon- vénients: par exemple, ils sont très coûteux parce qu'ils sont composés de plusieurs éléments distincts tels que le bras, les éléments définissant l'articulation, l'élément de support, les garnitures d'étanchéité et les moyens qui servent à assem- bler ou à coupler les divers éléments précités. Un autre inconvénient provient du jeu qui peut se for- mer entre les divers éléments assemblés et qui peut engendrer des erreurs de mesure. Un autre inconvénient est dû aux grandes dimensions hors tout, qui sont principalement dues à la présence du bot- tier. Le but de l'invention est de réaliser une t4te de me- sure qui soit robuste, peu coûteuse et précise, qui possède de petites dimensions hors tout et qui ne soit pratiquement pas affectée par des jeux se produisant entre ses différents éléments fonctionnels. Ce but est atteint dans une tête de mesure du genre décrit plus haut par le fait que, suivant l'invention, le bras, les moyens de support et les moyens d'articulation sont essentiellement formés par un élément unique qui comprend une première partie, une deuxième partie et une troisième partie, la première partie définissant le bras, la deuxième partie faisant partie des moyens de support et étant adjacente à la première tandis que la troisième partie relie la première par- tie à la deuxième partie, les moyens d'articulation étant es- sentiellement constitués par une partie allégée et élastiques- ment flexible dudit élément, cette partie flexible permettant les mouvements du bras par rapport à la deuxième partie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, - la Fig. 1 est une vue en élévation de face, en par- tie en coupe d'une tête de mesure suivant une forme préférée de réalisation de l'invention; - la Fig. 2 est une vue de c8té de la tête de mesure de la Fig. 1; - la Fig. 3 est une vue en élévation de face en partie en coupe d'une tête de mesure suivant une deuxième forme de réalisation; - la Fig. 4 est une vue de c8té simplifiée de la tète de mesure de la Fig. 3; - la Fig. 5 est'une vue de dessous de la tête de me- r'ire. di laP453 4tc On se reportera tout d'abord aux Fig. 1 et 2 sur les- quelles on a représenté une tête de mesure qui comprend un élément 1 réalisé d'une seule pièce en forme. L'élément 1 com- prend une première partie à peu près prismatique, ou bras 2, qui s'étend principalement suivant une direction longitudina- le et qui a une section ayant un périmètre rectangulaire. En outre, l'élément 1 comprend une deuxième partie qui comporte elle-même un support 3 qui est lui-même constitué par une par- tie 4 à peu près prismatique, ce support s'étendant suivant ladite direction longitudinale et étant adjacent au bras 2, ainsi qu'une partie ou aile 5 qui est perpendiculaire à la direction longitudinale et a également une forme à peu près prismatique. Une partie de liaison 6 relie le bras 2 au support 3. Le bras 2, la partie 4 et la partie de liaison 6 sont obtenus en formant une entaille longitudinale dans la pièce unique dans laquelle l'élément 1 est formé. La partie de liaison 6 présente une encoche 8 qui dé- finit un axe géométrique perpendiculaire à la direction lon- gitudinale du bras 2; l'encoche 8 définit une partie 9 qui est venue de matière avec le bras et a une épaisseur inférieu- re à celle du bras 2 et à celle de la partie restante de la partie de liaison 6. La section de la partie 9 qui a l'épais- seur minimum forme pratiquement une articulation autour de laquelle le bras 2 peut osciller par rapport au support 3. Un trou 10 ménagé dans le bras 2 renferme un cylindre massif 11 qui est solidaire d'une tige 12 portant à une ex- trémité un noyau magnétique mobile, non représenté, qui fait partie d'un transducteur différentiel de position 13. La par- tie 4 du support 3 présente un trou 14, à peu près centré sur le trou 10 et qui renferme un bottier cylindrique 15 contenant les enroulements du transducteur 15. Le noyau magnétique peut se déplacer à peu près axia- lement dans le bottier cylindrique 15. Les enroulements du transducteur sont connectés électriquement à un groupe d'ali- mentation, de traitement et d'indication, non représenté, par l'intermédiaire d'un câble 16 qui sort à travers un c8té du bottier 15. Le cylindre Il et le bottier 15 sont respectivement bloqués sur.le bras 2 et sur la partie 4, par des vis de blo- cage, non représentées qui sont vissées dans des trous file- tés 17, 18 perpendiculaires aux trous 10et 14 et qui commu- niquent respectivement avec ces trous. Le bottier 15 comporte une base adjacente au cable 16 et présente une ouverture pour le passage du câble 16, le pas- sage étant fermé à joint étanche, par exemple par une résine époxy. Une garniture d'étanchéité souple en caoutchouc 19 pré- sente une extrémité fixée au cylindre 11 et l'autre au bottier , de sorte que le transducteur 13 est étanche. Le bras 2 présente un trou 20 qui reçoit un petit cy- lindre 21 ayant une base qui sert de portée axiale pour une extrémité d'un ressort hélico!dal 22. L'autre extrémité du res- sort 22 porte contre une base d'un petit cylindre 23 logé dans un trou 24 de la partie 4, ce trou étant à peu près centré sur le trou 20. Les cylindres 21, 23 forment des saillies cy- lindriques, non visibles qui servent à positionner axialement et supporter le ressort 22. Des vis de blocage, non représen- tées, sont vissées dans des trous filetés 25, 26, qui sont respectivement perpendiculaires aux trous 20, 24, et qui com- muniquent respectivement avec ces trous pour bloquer les cy- lindres 21, 23 sur le bras 2 et sur la partie 4. Les déplacements du bras 2 par oscillation par rap- port à la partie 4 sont limités dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse, par un dispositif limi- teur 27 qui comprend une vis 28 ayant elle-m4me une tige filetée 29 qui est disposée avec un jeu radial important à travers un trou 30 ménagé à l'extrémité 31 de la partie 4; trois é- crous 33, 34 et 35 sont vissés sur la tige 29 et cette der- nière est vissée dans un trou 32 du bras 2. L'écrou 35 est serré contre le bras 2 pour éviter que la vis 28 ne se desser- re accidentellement; l'écrou 33 présente une base adjacente à l'extrémité 31 de la partie 4 et qui peut buter contre cet- te extrémité 31 pour limiter les déplacements du bras 2 dans le sens des aiguilles d'une montre; l'écrou 34 est serré contre l'écrou 33 pour le bloquer axialement sur la tige 29. Les déplacements du bras 2 dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse sont limités par le contact entre la tête de la vis 28-et l'extrémité 31. La partie 5 présente deux trous traversants 36, 37 qui permettent de serrer la tête de mesure sur un support ex- térieur 38 par des vis 39, 40. La partie 5 présente également une rainure 41 qui sert à réduire l'étendue de sa surface de contact avec une face 42 du support extérieur 38 et un trou 43 qui donne passage au câble 16. Le bras 2 présente un trou fileté 44 destiné à recevoir une tige filetée 45 d'un palpeur 46 adapté pour entrer en contact avec la surface d'une pièce 47 à contr8ler. Après avoir dévissé le palpeur 46, on peut accoupler au bras 2 un prolongateur, non représenté, qui porte un pal- peur correspondant. Le prolongateur peut être assemblé au bras 2 par des vis qui sont fixées au trou fileté 44 et à un autre trou fileté 45 adjacent au trou 44. L'utilisation de prolongateurs, qui peuvent éventuel- lement présenter des formes différentes, peut être nécessaire si la pièce 47 a une forme compliquée ou comporte des parties difficilement accessibles. L'épaisseur du support 3, mesurée dans la direction perpendiculaire au plan de la Fig. 1, est plus grande que cel- le du bras 2 de sorte qu'il est possible de monter sur le sup- port extérieur 38 une série de têtes de mesure dont les sup- ports 3 sont juxtaposés et en contact entre eux sans qu'il ne se produise d'interférence entre les bras 2 des tètes. Le fonctionnement de la tète de mesure est le sui- vant. Le ressort 22 est un ressort de compression et il tend donc à faire tourner le bras 2 dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre autour de l'articulation définie par la partie 9, jusqu'à l'état d'ouverture maximum qui est déterminé par la rencontre entre la tête de la vis 28 et l'ex- trémité 31 de la partie 4. En desserrant l'écrou 35 et en dévissant ou en vissant la vis 28, on peut ajuster l'amplitude maximum du déplacement du bras 2 dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre; en desserrant l'écrou 34 et en réglant l'écrou 33, on peut ajuster l'amplitude maximale du déplacement du bras 2 dans le sens des aiguilles d'une montre. On peut régler la poussée du ressort 22 en desserrant les vis de blocage vissées dans les trous filetés 25, 26 et en modifiant la distance axiale des cylindres 21, 23, qui constituent des portées pour les extrémités du ressort 22. On peut régler les positions relatives du noyau et des enroulements du transducteur 13 en desserrant les vis vis- sées dans les trous 17 et 18 et en déplaçant axialement le bottier 15 et le cylindre 11 respectivement le long des axes des trous 10 et 14. Il est ainsi possible de régler le zéro de la t9te de mesure au moyen d'une pièce étalon, par régla- ge de la position du noyau du transducteur par rapport aux enroulements; de manière à obtenir un signal proche de zéro et en réglant ensuite des potentiomètres prévus dans le grou- pe d'alimentation, de traitement et d'indication pour obtenir l'indication d'une mesure zéro. Le contact entre le palpeur 46 et la surface de la pièce 47 provoque une rotation du bras 2 dans le sens des ai- guilles d'une montre, à partir de la position d'ouverture ma- ximum, cette rotation produisant une modification des posi- tions relatives du noyau mobile et des enroulements du trans- ducteur qui, ainsi qu'on l'a mentionné plus haut, sont respec- tivement solidaires du bras 2 et de la partie 4. Le transduc- teur 13 transforme la variation des positions relatives du noyau 33sjlà et des enroulements en un signal électrique qui est représentatif de l'écart entre la dimension de la pièce 47 et celle de la pièce étalon qui a été utilisée initiale- ment pour le réglage du zéro de la tête de mesure. La tête de mesure représentée sur les Fig. 3, 4, 5, qui est une variante comparativement a la forme de réalisa- tion des Fig. 1 et 2 comprend un élément 100 constitué par un corps d'une seule pièce, et qui comporte un bras 49 qui s'é- tend principalement dans une direction longitudinale, un sup- port 50 adjacent au bras 49 et une partie de liaison 51 qui relie le bras 49 au support 50. Le bras 49 et le support 50 ont des formes à peu près prismatiques, avec des sections, perpendiculaires à la direc- tion longitudinale du bras 49 qui ont des périmètres rectan- gulaires. L'élément 100 présente un trou cylindrique 52 dont l'axe est perpendiculaire à la direction longitudinale du bras 49 et une entaille longitudinale 53 qui communique avec le trou 52 et sépare le bras 49 du support 50. La surface du trou 52 délimite une zone 54 qui possède une épaisseur infé- rieure à celle du bras 49 et de la partie de liaison 51 et la section de cette zone ayant l'épaisseur minimum forme une articulation pour l'oscillation du bras 49 par rapport au sup- port 50. Le support 50 présente un trou traversant 55 qui sert, en combinaison avec-un trou 56 de la partie de liaison 51, à bloquer la tête de mesure dans une première position sur un support extérieur, non représenté. Les trous traversants 55, 56 ont des axes géométriques perpendiculaires à la direction longitudinale du bras 49. Ainsi qu'on l'a représenté sur la Fig. 5, la partie de liaison 51 présente également deux trous borgnes filetés 57, 58, qui définissent des axes géométriques à peu près pa- rallèles à la direction longitudinale du bras 49 et servent à bloquer la tête de mesure sur un support extérieur, non re- présenté, dans une deuxième position qui est à peu près per- pendiculaire à la première. Le bras 49 et le support 50 présentent deux trous 59, 60, à peu près centrés l'un sur l'autre dans lesquels sont logées avec possibilité de réglage axial deux parties 61, 62 d'un transducteur étanche 63 constitué par un trans- formateur différentiel. Les parties 61, 62 sont respective- ment bloquées sur le bras 49 et le support 50 par des vis de blocage vissées dans des trous filetés 64, 65 qui communi- quent respectivement avec les trous 59, 60. Le transducteur 63 est analogue au transducteur 23 de la Fig. 1 et il est rendu étanche de la même façon. Le bras 49 et le support 50 présentent des trous 66, 67 à peu près centrés l'un sur l'autre dans lesquels sont logés, avec possibilité de réglage axial, de petits cylindres 68, 69 ayant des bases opposées face à face et qui forment des portées axiales pour un ressort 70. Les cylindres 68, 69 sont bloqués respectivement sur le bras 49 et le support 50 par des vis de blocage vissées dans des trous 71, 72 qui com- muniquent avec les trous 66, 67. Un dispositif 73 destiné à limiter les mouvements du bras 49 autour de l'articulation définie par la zone 54 comprend une vis 74 ayant une tige fi- letée 75 qui traverse avec un jeu radial un trou du support 50. La tige 75 est vissée dans un trou fileté 77 du bras 49 et elle est munie de trois écrous 78, 79, 80. Le dispositif 73 est analogue au dispositif 27 et il n'est donc pas nécessaire de donner une description détaillée de son fonctionnement. Un prolongateur 81 est fixé à l'extrémité libre du bras 49 par des vis, dont une seule, 82 est visible sur la Fig.3; ces vis sont vissées dans des trous filetés 83, 84 du bras 49. Le prolongateur 81 porte un palpeur 85 destiné à entrer en contact avec la pièce à contr8ler, non représentée. Le fonctionnement de la tête de mesure des Fig. 3 à 5 est analogue à celui de la tête de mesure des Fig. 1 et 2 et il ne sera donc pas décrit. Les têtes de mesure décrites plus haut peuvent être modifiées de différentes façons. Par exemple, il est possible de prévoir des guides à queue d'aronde ou d'un autre type é- quivalent dans la partie 5 ou dans le support 50 pour bloquer les têtes de mesure sur un support extérieur. Il est également possible de bloquer le bottier cy- lindrique 15 du transducteur 13 sur la partie 4 ou la partie 63 du transducteur 63 sur le support 50 de façon non réglable, par exemple en utilisant une résine époxy. Dans ce cas, les positions axiales relatives du cylindre 11 et du bottier 15 ou celles des éléments 61, 62, peuvent être réglées en agis- sant sur le seul cylindre 11 ou sur la seule partie 61. REVENDICATIONS 1 - Tgte de mesure pour contr8ler les dimensions lh- néaires de pièces mécaniques du type comprenant un bras de mesure, un palpeur fixé à ce bras pour entrer en contact avec la pièce à contr8ler, un support pour supporter le bras et bloquer la tête sur un support extérieur, des moyens d'arti- culation qui relient le bras au support tout en permettant au bras d'osciller autour d'un axe géométrique à peu près per- pendiculaire au bras, un transducteur comprenant deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre et fixés l'un au bras et l'autre au support, le transducteur fournissant un signal re- présentatif de la position du bras par rapport au support, cette tête de mesure étant caractérisée en ce que le bras (2; 49), le support (3; 50) et les moyens d'articulation (9; 54) sont essentiellement définis par un élément unique (1; 100) qui comprend une première partie (2; 49), une deuxième par- tie (4; 50) et une troisième partie (6; 51), la première partie constituant le bras (2; 49), la deuxième partie (4; ) faisant partie du support (3; 50) et étant adjacente à la première partie (2; 49) et en ce que la troisième partie (6; 51) relie la première partie (2; 49) à la deuxième par- tie (4; 50), les moyens d'articulation étant essentiellement constitués par une partie affaiblie et élastiquement flexi- ble (9; 54) dudit élément (1; 100), cette partie flexible (9; 54) permettant les mouvements du bras (2; 49) par rap- port à la deuxième partie (4; 50). 2 - Tête de mesure suivant la revendication 1, carac- térisée en ce que ledit transducteur (13; 63) est étanche. 3 - Tête de mesure suivant la revendication 2, carac- térisée en ce que ledit transducteur (13; 63) comprend une garniture d'étanchéité (19) montée sur les deux éléments (11, ; 61, 62) de ce transducteur. 4 - Tête de mesure suivant l'une quelconque des re- vendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit bras (2; 49) ll est placé d'un c8té dudit axe géométrique. - Tête de mesure suivant la revendication 3, carac- térisée en ce que le bras (2; 49)et la deuxième partie (4; ) présentent des trous (10, 54; 59, 60) à peu près alignés pour recevoir, avec possibilité de réglage axial, les deux éléments (11, 15; 61, 62) du transducteur (13; 63) qui peu- vent se déplacer l'un par rapport à l'autre et d'autres trous (17, 18; 64, 65) qui communiquent avec lesdits trous (10, 14; 59, 60) à peu près alignés pour recevoir des vis de blocage servant à bloquer les deux éléments mobiles (11, 15; 61, 62) sur le bras (2; 49) et sur la deuxième partie (4, 50) respec- tivement. 6 - Tète de mesure suivant la revendication 5, compre- nant un ressort hélicoïdal qui définit un axe géométrique et qui coopère avec le bras et avec le support, cette tète étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des éléments de *--ippurt et de portée (21, 23; 68, 69) pour supporter le res- sort (22; 70) et à constituer des portées axiales pour ce res- sort, le bras (2; 49) et la deuxième partie (4; 50) du sup- port (3; 50) présentant des ouvertures (20, 24; 66, 67) à peu près alignés pour contenir lesdits éléments de support et de portée (21, 23; 68, 69) avec possibilité de réglage axial, et des trous (25, 26; 71, 72) qui communiquent avec les éléments de supports et de portée (21, 23; 68, 69) et sont destinés à recevoir des vis de blocage qui servent à blo- quer les éléments de support et de portée (21, 23; 68; 69). 7 - Tête de mesure suivant l'une quelconque des re- vendications 1 et 6, comprenant en outre un dispositif de limitation pour limiter les mouvements de pivotement du bras, caractérisée en ce que le dispositif de limitation (27; 73) comprend un élément (28; 74) relié au bras (2; 49) et qui s'étend à travers un trou (30; 76) de la deuxième partie (4; 50) et des moyens de référence réglables (33 à 35; 78 à 80) reliés audit élément du dispositif de limitation (27; 73) pour coopérer avec deux surfaces opposées de la deuxième Z487502 partie (4; 50). 8 - Tête de mesure suivant la revendication 7, carac- térisée en ce que ledit élément du dispositif de limitation (27; 73) est constitué par une vis (28; 74) qui comporte une tête et une tige filetée (29; 75) ledit bras (2; 49) présentant un trou (32; 77) dans lequel ladite tige (29; ) est vissée, les moyens de référence comprenant la tête de la vis (28; 74) du dispositif de limitation (27; 73) et un écrou (33; 80) sur la tige (29; 75). 9 - Tête de mesure suivant-la revendication 8, carac- térisée en ce que le dispositif de limitation (27; 73) com- prend un deuxième écrou (35, 78) servant à bloquer la vis (28; 74) du dispositif de limitation (27; 73) sur le bras (2; 49) et un troisième écrou (34; 79) destin6 à bloquer axialement le premier écrou (33; 80) sur la tige (29; 75). - Tête de mesure suivant ltune quelconque des re- vendications 1 à 5 et 7, caractérisée en ce que la deuxième partie (50) et la troisième partie (6; 51) présentent des premiers trous (55, 56) à peu près perpendiculaires au bras (49) et en ce que la troisième partie (51) présente des deu- xièmes trous (58; 57) à peu près parallèles au bras (49), les premiers trous (55, 56) et les deuxièmes trous (57, 58) étant adaptés pour recevoir des moyens de blocage servant à bloquer la tête de mesure sur un support ext6rieur. 11 - Tête de mesure suivant l'une quelconque des re- vendications 1 à 5 et 7, caractérisée en ce que ladite deu- xième partie (3) comprend une aile (5) à peu près perpendicu- laire au bras (2), destin6e à coopérer avec un support exté- rieur (38), l'aile (5) comprenant une rainure (41) destinée à réduire l'aire de la zone de contact avec le support extérieur (38) et des trous traversants (36, 37) destinés à recevoir les moyens de blocage (39, 40). - 12 - Tète de mesure suivant la revendication 1, carac- térisée en ce que ledit bras (2) présente un trou (44) destiné à bloquer le palpeur (46) sur le bras (2). 13 - Tête de mesure suivant la revendication 10, ca- ractérisée en ce qu'elle comprend en outre un prolongateur (81) accouplé au bras (49), le prolongateur (81) et.le bras (49) présentant des trous (83) alignés, la tête de mesure comprenant des vis (82) qui servent à bloquer le prolongateur (81) sur le bras (49). 14 - Tète de mesure suivant l'une quelconque des re- vendications 1, 5 et 7, caractérisée en ce que ladite deuxiè- me partie (3; 50) et la troisième partie (6; 51) ont une épaisseur mesurée perpendiculairement au bras de mesure (2; 49) inférieure à l'épaisseur de ce bras, mesurée dans la même direction, pour permettre de juxtaposer plusieurs têtes de mesure côte à côte tout en évitant tout contact entre les bras de mesure (2; 49) de ces têtes.