Brevet FR2512543A1 — publié le 19830311

Tête de mesure pour dispositifs de mesure, appareils de mesure selon plusieurs coordonnées et machines-outils. L'invention concerne une tête de mesure pour dispositifs de mesure, appareils de mesure selon plusieurs coordonnées et machines-outils avec un boîtier dans lequel est installé un palpeur de mesure mobile dans les trois dimensions par rapport à une structure fixe, selon les axes de coordonnées X, Y et Z contre l'action d'un ressort antagoniste, qui est pourvu de dispositifs pour le position- nement du palpeur de mesure au point d'origine des coor- données et qui comporte des possibilités de raccordement pour une exploitation numérique et/ou analogique des valeurs de mesure. On connaît déjà des têtes de mesure avec un palpeur de mesure mobile selon les trois dimensions par rapport à une structure cadre fixe, o le palpeur de mesure effectue lors d'un palpage un déplacement correspondant à la structure en parallélogramme de la tête de mesure Ce déplacement parallèle, souhaitable en soi, du palpeur de mesure selon toutes les directions du système de coor- données X, Y et Z nécessite cependant la mise en oeuvre de moyens techniques importants et conditionne un encombrement qui peut souvent êtreréihibitoire La tête de mesure connue se compose de plaques disposées avec un certain écartement les unes au-dessus des autres, des ressorts à lames étant disposés pour la déflection selon la direction X entre les plaques qui constituent la première paire inférieure de cet empilage tandis qu'entre les plaques de la deuxième paire sont disposés des ressorts à lames pour la déflection selon la direction Y Au-dessus de la deuxième paire de plaques est disposée une troisième paire avec des plaques comportant des parois latérales montées en faisant un certain angle, entre lesquelles on retrouve des ressorts à lames insérés pour la déflection selon la direction Z. A l'intérieur, entre les paires de plaques, se trouvent en outre le système de mesure pour l'évaluation des grandeurs mesurées et les éléments pour la fixation du palpeur de mesure au point d'origine des coordonnées Bien que grâce aux structures en parallélogrammes ce système assure avantageu- sement un déplacement sensiblement parallèle du palpeur de mesure, lorsque celui-ci s'appuie contre la pièce à mesurer, les moyens techniques nécessaires restent considérables et il faut prendre en considération l'encombrement important dans le sens de la hauteur, dû à la structure stratifiée de l'ensemble. Un autre type de tête de mesure se trouve décrit dans le document DE-AS 28 04 398 Avec cette tête de mesure utilisée avec une machine à mesurer les coordonnées, le palpeur disposé à l'intérieur d'un boîtier est installé avec un système de logement constitué par des billes, qui en autorise le basculement de tous cêtés ainsi que le sou- lèvement dans le sens vertical La déflection du palpeur par rapport à son logement s'effectue contre la force de rappel exercée par un ressort qui, après la disparition de la force qui a provoqué la déflection, repousse le palpeur dans son logement On sait de par les applications pratiques de cette tête de mesure, que celle-ci permet d'obtenir un déplacement et un rappel relativement satis- faisants au point d'origine, selon les coordonnées X et Y, mais qu'après une déflection selon la direction Z, le rappel dans la position correcte n'est nullement assuré. Contrairement au problème défini, ce document DE-AS ne résout pas, d'après ce qui a été publié, le problème d'une déflection tridimensionnelle mais seulement celui d'un déplacement selon deux dimensions. Partant de cet exposé de l'état actuel de la techni- que, le but de la présente invention est de réaliser une tête de mesure du genre décrit dans le préambule, qui autorise une déflection du palpeur de mesure selon les trois dimensions, tout en garantissant le rappel précis au point d'origine des coordonnées après exécution de la mesure et qui puisse être réalisé avec peu de moyens et dans un faible encombrement. Selon la présente invention ce problème est résolu par le fait qu'à l'intérieur du boîtier le palpeur de mesure est maintenu au point d'origine des coordonnées par des câbles, bandes ou éléments analogues, en équilibre entre eux à l'état de repos et s'étendant selon les direc- tions X, Y et Z, et que tout déplacement du palpeur selon la direction de la mesure se heurte à la force élastique antagoniste de ressorts disposés parallèlement auxdits câbles ou bandes, orientée en direction du point d'origine des coordonnées Une telle tête de mesure peut être réalisée avec un encombrement minimum, la fixation ou positionnement du palpeur de mesure au point d'origine des coordonnées étant réalisée au moyen de câbles qui s'équilibrent entre eux dans la position de repos, qui peuvent tous être disposés à proximité les uns des autres et qui ne présen- tent qu'une faible extension géométrique L'immobilisation dans la position zéro est obtenue au moyen de ressorts disposés parallèlement auxdits câbles qui, après, en parti- culier une déviation du palpeur lors de l'exécution d'une mesure assurent un rappel rapide et précis dudit palpeur de mesure dans la position de départ Afin que lors d'une mesure le palpeur effectue un déplacement approximativement linéaire, dans une extension cohérente de l'invention, à l'intérieur du boîtier le palpeur de mesure est maintenu au point d'ori- gine des coordonnées au moyen de câbles ou de bandes qui s'étendent parallèlement entieeux, à une certaine distance les uns au-dessus des autres dans les directions X et Y, et par des câbles tendus parallèlement dans la direction Z. A chacun desdits câbles qui s'étendent selon les directions X, Y et Z, est associé un ressort antagoniste qui s'oppose au déplacement du palpeur de mesure selon la direction correspondante, lesdits ressorts assurant un rappel rapide et précis du palpeur de mesure au point d'origine des coordonnées. Dans la configuration selon l'invention, le palpeur de mesure peut être lié rigidement à un porte- palpeur mobile dans toutes les directions de déplacement possibles dans le système de coordonnées X, Y et Z; dans les directions X et Y ledit porte-palpeur est réuni à un boîtier intermédiaire, au moyen de câbles qui sont disposés avec un certain écartement, parallèlement côte à côte et superposés les uns par rapport aux autres, tandis que le boîtier intermédiaire de son côté, est réuni au boîtier de la tête de mesure également au moyen de cables disposés avec un certain écartement, parallèlement côte à côte ou superposés les uns par rapport aux autres selon les directions X et Y, perpendiculairement à l'axe longitudinal du boîtier, et que la fixation de la position du porte- palpeur avec le palpeur de mesure, selon la direction Z s'effectue au moyen d'un câble qui s'étend selon la direc- tion Z jusqu'à une plaque intermédiaire, cette dernière étant raccordée à la plaque de fond du boîtier de la-tête de mesure, également au moyen d'un (deuxième) câble disposé selon la direction Z, et à chacun desdits cébles est associé un ressort antagoniste s'opposant au déplacement du palpeur de mesure dans le sens de la déflection. D'autres particularités de l'invention sont expliquées dans la description ci-dessous du dessin joint, illustrant un exemple de réalisation non limitatif de l'invention Les différentes figures représentent respec- tivement Figure 1,une représentation schématique, en coupe longitudinale, de la tête de mesure selon l'invention> Figure 2, une représentation schématique de la tête de mesure, vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, Figure 3, une représentation schématique de la tête de mesure, vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 1 - La tête de mesure I pour dispositifs de mesure, appareils de mesure selon plusieurs coordonnées et machines- outils se compose essentiellement du boîtier 2 et du palpeur de mesure 3 avec une tête palpeuse 4 de forme sphérique, mobile selon les trois dimensions par rapport au boîtier 2 qui est fixe Côté pied, le palpeur de mesure est lié rigidement au porte-palpeur 5, qui à l'in- térieur du boîtier 2 s'étend jusqu'au voisinage de la plaque de fond 6 de celui-ci La section transversale du porte-palpeur 5 a une forme en équerre. Selon la direction de chacun des axes de coordonnées X et Y, respectivement 7 et 8, s'étend l'une des branches, respectivement Sa et 5 b de l'équerre à angle droit. Dans le sens de l'axe des Z, 9, le porte-palpeur 5 s'étend parallèlement à l'axe longitudinal 10 du boîtier En regard du porte-palpeur 5 se trouve un boîtier intermédiaire 11 dont la section a également la forme d'une équerre avec les branches lia et llb et qui s'étend lui aussi parallè- lement à l'axe de coordonnées Z, 9 A son extrémité infé- rieure le porte-palpeur se termine par une branche d'équerre c parallèle à la plaque de fond 6 du boîtier 2, tandis que le boîtier intermédiaire 11 se -termine du côté du fond par la branche d'équerre Iïc Dans la partie supérieure du boîtier, entre le porte-palpeur 5 et le boîtier intermé- diaire 11 qui se trouvent en regard l'un de l'autre, est disposée une plaque intermédiaire 12, perpendiculaire à l'axe longitudinal 10 du boîtier Toutes ces pièces, le porte-palpeur 5, le boîtier intermédiaire 11, la plaque intermédiaire 12 et le bottier 2 se trouvent maintenant réunies entre elles et tenues en équilibre au moyen de câbles constitués d'un grand nombre de minces filaments d'acier, par suite de quoi, dans cette position de repos, le palpeur de mesure prend la position correspondant au point d'origine des coordonnées ou position zéro Dans la partie supérieure du boîtier un câble 13 s'étend selon la direction de la coordonnée X, 7, entre le bras 5 b du porte-palpeur 5 et le bras lia du boîtier intermédiaire 11. Ce câble 13 est lié positivement auxdites branches 5 b et lia Un ressort de traction 14 est disposé parallèlement au câble 13 Une liaison identique est réalisée entre la branche Sa du porte-palpeur 5 et la branche llb du boîtier intermédiaire 11, au moyen du câble 15 et le ressort de traction 16 monté en parallèle, disposés selon la direction de la coordonnée Y, 8 A une certaine distance verticale de cette structure de câbles se trouve une deuxième struc- ture de câbles, disposée parallèlement à la première, avec les câbles 13 a et le ressort de traction 14 a pour la coordonnée X, le câble 15 a et le ressort de traction 16 a pour la coordonnée Y. Une autre structure de câbles assure la liaison entre le boîtier intermédiaire 11 et le boîtier 2 Dans la partie supérieure du boîtier le câble 17 s'étend entre la branche 1 lb et la paroi 2 b du boîtier En parallèle avec ce câble on trouve là encore un ressort de traction 18. En plus de cette attache du boîtier intermédiaire 11 selon la direction de l'axe des Y, 8, on a là aussi un deuxième rattachement du porte- palpeur 5 selon la direction de l'axe des X, 7 Celle-ci est réalisée dans la partie supé- rieure du boîtier au moyen du câble 19 avec le ressort de traction 20 monté en parallèle, disposés entre les bras b et 2 c Dans la partie inférieure du boîtier on retrouve une structure de câbles avec le câble 17 a et le ressort de traction 18 a disposés entre la branche llb du boîtier in- termédiaire 11 et la paroi 2 b Une liaison par câbles est réalisée en outre dans la partie inférieure du boîtier, ainsi qu'on l'a représenté dans la figure 3, entre la branche lla du boîtier intermédiaire 11 et la paroi 2 a du boîtier, avec les câbles 19 a avec les ressorts de traction a en parallèle. Un maintien du palpeur de mesure 3 dans la direc- tion de l'axe des Z est obtenu du fait que la branche in- férieure 5 c du porte-palpeur 5 est réuni avec la plaque intermédiaire 12 par deux câbles parallèles 21 auxquels sont associés les ressorts de traction 22 montés en paral- lèle Deux autres câbles 23 avec, eux aussi, des ressorts de traction 24 en parallèle, sont disposés entre la plaque intermédiaire 12 et la plaque de fond 6 du boîtier 2. Si maintenant la tête de palpage 4 du palpeur de mesure 3 vient s'appliquer, par exemple, sur une surface de pièce 25, d'une pièce 26 quelconque qu'il s'agit de me- surer, il en résulte une déflection du palpeur de mesure 3 avec application d'une pression correspondante dirigée selon l'axe des X, 7 En même temps, la déflection du contact d'appui est transmise à un système d'évaluation de la valeur de mesure et cette valeur est indiquée sous forme numérique ou analogique Dans le cas d'une déviation selon la direction des X se sont les cables 13, 13 a et 19 qui se trouvent soumis à une tension supplémentaire, les câbles 19 a et les ressorts de traction 14, 14 a et 20 sont sollicités en traction Les ressorts de traction 20 a demeu- rent en position de repos Lorsque l'on retire le palpeur de mesure 3 de la pièce 26, le palpage ayant été effectué, sous l'effet de l'effort exercé par les ressorts de trac- tion 14, 14 a et 20, le palpeur 3 se déplace ensemble avec le portepalpeur 5 selon la direction de l'axe des X pour revenir dans la position de départ, c'est-à-dire au point d'origine des coordonnées Dans cette position les forces exercées par les ressorts s'équilibrent et les câbles du système précité sont tendus d'une manière uniforme. Aussi bien pour les opérations de mesure selon l'axe des Z que pour celles effectuées selon l'axe des Y, les différents déplacements exécutés sont analogues, quant au principe, à ceux qui ont été décrits pour le déplacement selon l'axe des X. Au lieu des ressorts de traction qui ont été décrits, il est possible aussi d'utiliser des ressorts de pression, il faut alors simplement modifier leur mode d'action, dans les structures, compte tenu du fait que les forces exercées par ces ressorts sont des pressions, Les câbles, ou les bandes le cas échéant, peu- vent être constitués de préférence d'un certain nombre, dix ou vingt par exemple, de minces filaments en acier, ce qui se traduit par une influence favorable sur l'élas- ticité des câbles utilisés dans le système. Pour le déplacement du palpeur de mesure 3 selon la direction de l'axe des Z, au lieu de ressorts de traction ou de pression on peut aussi utiliser des ressorts à boudin encastrés à l'une de leurs extrémités. Le déplacement aurait alors pour conséquence une contraction du ressort à boudin, celui-ci se détendrait après l'exé- cution de la mesure en ramenant la plaque intermédiaire 12 dans sa position de départ. R E V E N D I C A T I O N S 1 Tête de mesure pour dispositifs de mesure, appareils de mesure selon plusieurs coordonnées et machines-outils avec un boîtier dans lequel est installé un palpeur de mesure mobi- le dans les trois dimensions par rapport à une structure fixe, selon les axes de coordonnées X, Y et Z contre l'action d'un resssort antagoniste, qui est pourvue de dispositifs pour le positionnement du palpeur de mesure au point d'origine des co- ordonnées et qui comporte des possibilités de raccordement pour une exploitation numérique et/ou analogique des valeurs mesurées, caractérisée par le fait qu'à l'intérieur du boitier ( 2) le palpeur de mesure ( 3) est maintenu au point d'origine des coordonnées, para des câbles ou bandes ( 13, 15, 17, 19, 21, 23) qui s'équilibrent mutuellement en position de repos, avec pour chaque direction de déplacement du palpeur de mesure des ressorts ( 14, 16, 18, 20, 22, 24) disposés parallèlement aux câbles ou bandes correspondants, respectivement ( 13, 15, 17, 19, 21, 23) dont l'élasticité agit de manière à assurer un rap- pel en direction du point d'origine des coordonnées. 2 Tête de mesure selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'à l'intérieur du boîtier ( 2) le palpeur de me- sure est maintenu dans la position d'origine des coordonnées au moyen de câbles ou bandes ( 13, 13 a, 15, 15 a, 17, 17 a, 19, 19 a) s'étendant dans les directions X et Y parallèlement les uns au-dessus des autres et dans la direction Z par des câbles ou bandes ( 21, 23) tendus parallèlement l'un par rapport à l'autre, des ressorts antagonistes, respectivement ( 14, 14 a, 16, 16 a, 18, 18 a, 20, 20 a, 22, 24) s'opposant aux déplace- ment du palpeur de mesure ( 3) selon les différentes directions, étant associés à chacun des câbles ou bandes qui s'étendent selon la direction X, Y et Z. 3 Tête de mesure selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisée par le fait que le palpeur de mesure ( 3) est réuni rigidement avec un porte-palpeur ( 5-), mobile dans tous les sens de déplacement du système de coordonnées X, Y et Z, réuni selon la direction X ( 7) et selon la direction Y( 8) avec un boîtier intermédiaire ( 11) au moyen des câbles ( 13, 13 a, 15, 15 a) qui sont disposés parallèlement à une certaine distance les uns par rapport aux autres et les uns au-dessus des autres, tandis que le boîtier intermédiaire ( 11), de son côté, est réuni avec le boîtier ( 2) de la tête de mesure ( 1) également au moyen de câbles ( 17, 17 a, 19, 19 a) disposés parallèlement une certaine distance, côte à côte et les uns au- dessus des autres selon la direction X ( 7) et la direction Y ( 8) et que selon la direction Z ( 9) la posi- tion du palpeur de mesure ( 3) est déterminée par un câble ( 21) s'étendant selon la direction Z ( 9) jusqu'à une plaque inter- médiaire ( 12) qui, à son tour est raccordée à la plaque de fond ( 6) du boîtier ( 2) au moyen d'un deuxième câble ( 23) o- rienté également scion la direction Z ( 9), et qu'à chacun de tous ces câbles correspond un ressort antagoniste ( 14, 14 a, 16, 16 a, 18, 18 a, 20, 20 a, 22, 24) s'opposant au déplacement dans le sens de la mesure du palpeur de mesure ( 3). 4 Tête de mesure selon l'ensemble des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les câbles ou bandes ( 13, 13 a, 15, 15 a, 17, 17 a, 19, 19 a, 21, 23) sont constitués cha- cun d'un faisceau de minces filaments d'acier. Tête de mesure selon l'ensemble des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les ressorts ( 14, 14 a, 16, 16 a, 18, 18 a,20, 20 a, 22,24) correspondant respectivement aux câbles ou bandes ( 13, 13 a, 15, 15 a, 17, 17 a, 19, 19 a, 21, 23) sont des ressorts de traction et/ou des ressorts de pression. 6 Tête de mesure selon l'ensemble des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les ressorts correspondant aux câbles ou bandes pour le positionnement selon la direction Z ( 21, 23) sont des ressorts à boudin. 7 Tête de mesure selon l'ensemble des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le porte-palpeur ( 5) et le boîtier intermédiaire ( 11) sont disposés à une certaine dis- tance l'un de 1 'autre, parallèlement à l'axe longitudinal ( 10) du bottier ( 2) de la tête de mesure ( 1) et reçoivent entre eux à la partie supérieure du bottier, la plaque intermédiaire( 12) disposée dans un plan orienté perpendiculairement à l'axe lon- gitudinal ( 10) du boîtier.