Brevet FR2512946A1 — publié le 19830318

La présente invention est relative à un appareil de mesure à main comportant une échelle incrémentielle dis- posée sur une partie et munie d'une graduation sur un sup- port transparent, en particulier formé de verre, ainsi qu'une unité de lecture réglable le long d'une règle au moyen d'un capteur et munie de récepteurs photoélectriques qui servent à engendrer au moins deux signaux de mesure dé- phasés entre eux, de longueur d'onde proportionnelle à la graduation, à travers des grilles de lecture ou organes si- milaires qui explorent la graduation éclairée par des dispo- sitifs d'éclairage adjoints disposés du même côté de la rè- gle et réglables avec les grilles, une unité d'interpréta- tion des signaux de mesure, une unité d'affichage et une partie d'alimentation qui sont réunies à l'unité de lecture en formant un ensemble structural. Des instruments de mesure à main présentant cette constitution de principe sont connus sous la forme de pieds à coulisse, appareils de mesure de profondeur, traceurs de hauteur, etc Ils permettent l'affichage du résultat de la mesure sur l'unité de lecture et grâce à des composants électroniques supplémentaires appropriés, ils peuvent as- sumer d'autres fonctions que celles des appareils classi- ques Ainsi, à l'aide d'appareils de mesure de ce genre, on peut effectuer des mesures de tolérance ou encore, en arre- tant l'affichage, des mesures en des points difficilement accessibles dans lesquelles il est nécessaire de modifier le réglage des organes de mesure pour retirer ou lire l'appa- reil de mesure Pour des mesures de tolérance et d'autres tâches, on peut prévoir des interrupteurs de remise à zéro qui permettent de commencer la mesure par un point zéro choisi arbitrairement et non par le point zéro situé à une extrémité de la règle et qui, même en cas d'usure des orga- nes de mesure, offrent la possibilité de déplacer le zéro, par exemple avec les mâchoires de mesure rectifiées d'un pied à coulisse, donc de réétalonner l'appareil de mesure. De préférence, on utilise pour l'alimentation électrique des piles particulières Toutefois, à la place de ces piles, il est possible aussi de prévoir un bloc d'alimentation sur secteur. Lors de l'exploration opto-électronique de la gra- duation de la règle, dans les appareils du type dont il s'a- git, on opère pratiquement exclusivement, jusqu'ici, par le procédé dit par réflexion dans lequel les grilles de lecture ou organes similaires sont disposés du-même c 6 té de la rêgle que les récepteurs photoélectriques et aussi les dispositifs d'éclairage adjoints Cette disposition permet d'encastrer dans une rainure ou une gorge la règle en verre, sensible au choc, de façon qu'elle soit protégée au moins vers les au- tres côtés Dans le procédé connu par réflexion, la règle est éclairée à travers la grille de lecture dans la région de chaque point de lecture et on prévoit une graduation de règle en matière réfléchissante, par exemple en chrome Avec la graduation incrémentielle usuelle comportant des zones claires et obscures d'égale grandeur sur la règle et la grille de lecture, cela signifie que tout d'abord, sur la grille, il se perd déjà la moitié de la lumière disponible, qu'il faut respecter une distance minimale déterminée entre grille et règle pour assurer un éclairage uniforme de la zo- ne de règle explorée à travers la grille et qu'enfin, l'é- clairement des récepteurs photoélectriques dépend aussi très fortement du pouvoir réfléchissant des parties réfléchis- santes de la règle, pouvoir qui peut s'amoindrir fortement par vieillissement et encrassement et aussi, fréquemment, déjà par le nettoyage nécessaire de la règle Bien qu'en principe, deux signaux de mesure déphasés soient seuls nécessaires pour reconnaître la direction, ainsi qu'une sub- division électronique éventuelle de la règle, par exemple par des circuits multiplicateurs de phase, des potentio- mètres, etc, on a opéré jusqu'ici, pour engendrer un si- gnal de mesure, avec au moins deux récepteurs photoélectri- ques à disposition déphasée entre eux que l'on relie en an- tiparallèle, de sorte qu'on en tire un train de signaux La raison de cette mesure est que l'on doit s'efforcer de com- penser les variations de luminosité dues au vieillissement, à l'encrassement, etc Pour chaque récepteur photoélectri- que, il faut un dispositif d'éclairage particulier En ou- tre, chaque récepteur et chaque dispositif d'éclairage ont un encombrement déterminé L'expérience montre qu'une grande partie de l'énergie disponible doit être dépensée pour l'é- clairage. Le but principal de l'invention est de fournir un appareil de mesure à main de l'espèce définie dans lequel le besoin d'énergie de l'unité opto-électronique d'exploration soit fortement réduit relativement aux appareils antérieurs et dans lequel l'encombrement de cette unité soit diminué aussi, mais avec lequel on obtienne tout de même des signaux interprétables de façon satisfaisante avec une faible sensi- bilité au vieillissement et qui, selon un développement, puisse être intégré à un système prioritaire de mesure ou d'interprétation. La mesure essentielle de l'invention réside dans le fait que la règle, munie de la graduation à son côté tourné vers l'unité de lecture, est élargie au delà de la graduation et rendue réfléchissante à l'arrière et que les dispositifs d'éclairage sont dirigés vers la partie élargie de la règle, de sorte que la lumière qu'ils émettent arrive sur les récepteurs par la graduation, après réflexion sur la partie réfléchissante Ainsi, selon l'invention, on éclaire non pas à travers des grilles de lecture, mais depuis un point situé à c 6 té de ces grilles, de sorte que l'on évite l'interruption par la grille de lecture elle-même Contrai- rement à la lumière réfléchie dans le procédé de réflexion par les traits de la règle, on utilise pour engendrer les signaux la lumière passant entre les lacunes des traits de la règle Il faut encore songer que lorsqu'on utilise des traits de graduation réfléchissants, le côté postérieur des traits réfléchit aussi et que donc, une partie de la lumière- atteignant les traits peut arriver sur le récepteur par les lacunes après une réflexion multiple Pour engendrer des si- gnaux de grandeur égale à ce que l'on peut obtenir dans le meilleur des cas avec les appareils connus, on n'a plus be- soin, par unité d'exploration, que d'un flux lumineux deux fois moindre ou encore inférieur Déjà ainsi, on réduit à moins de la moitié de besoin de puissance de l'unité d'ex- ploration Une diminution des propriétés de réflexion des traits de graduation dégagés n'a pas pour effet de diminuer la qualité des signaux La couche réfléchissante postérieure des parties en verre est largement protégée contre le vieil- lissement par le verre lui-même Même des encrassements de la surface de la règle nuisent beaucoup moins à l'obtention des signaux que dans le procédé usuel par réflexion. Selon un-développement, l'encombrement des unités opto-électroniques est encore diminué par le fait que pour engendrer les signaux de mesure est chaque fois prévue une unité de lecture comprenant un dispositif d'éclairage, une grille et-un récepteur (et non pas deux récepteurs en anti- parallèle avec dispositif d'éclairage et grilles correspon- dants) et qu'une autre unité de lecture, comprenant un dis- positif d'éclairage et un récepteur, engendre un signal de référence correspondant à l'éclairement moyen d'un tronçon de règle comprenant plusieurs divisions, ce signal étant destiné à des amplificateurs de réglage auxquels les signaux de mesure peuvent être amenés dans l'unité d'interpréta- tion Ce signal de référence varie d'intensité à mesure que la règle s'encrasse ou que le récepteur lui-même vieillit. Dans l'amplificateur de réglage, il peut servir à porter le signal de mesure à un niveau déterminé, donc à compenser les affaiblissements de signaux dûs a l'encrassement ou au vieillissement. On obtient une structure simple et une protection particulière contre les encrassements lorsque les élargisse- ments du corps de règle qui dépassent les graduations for- ment des guides de glissement pour l'unité de lecture A la partie réglable, donc au curseur, etc, on peut aussi re- lier des barres de recouvrement ou par exemple des bandes de recouvrement de la graduation de la règle, par exemple sans fin, et seulement ouvertes dans la région de l'unité de lec- ture A part cela, étant donné qu'on n'a pas besoin de tirer parti du pouvoir réfléchissant de la graduation de la règle, le nettoyage de la surface de la règle peut avoir lieu sans problèmes avec des détergents classiques. 2512946 Selon un développement, dans le boîtier de l'unité de lecture, qui grâce à l'économie de place à l'endroit de l'unité d'exploration peut, sans être agrandi relativement aux appareils classiques, loger des composants et commuta- teurs qui permettent d'établir et d'accomplir différentes fonctions supplémentaires, est prévue une ouverture d'inser- tion destinée à une fiche d'alimentation, à ce guidage à in- sertion aboutissent aussi bien des connexions d'alimentation que des connexions de sortie des signaux de mesure qui peu- vent être engendrés et, dans le guidage, on peut introduire à volonté une fiche d'alimentation contenant des piles et présentant seulement des contacts complémentaires pour les connexions d'alimentation, ou une fiche formant un raccorde- ment de câble qui contient non seulement des contacts com- plémentaires pour les connexions d'alimentation, mais encore des contacts complémentaires pour les connexions de sortie des signaux de mesure pouvant être engendrés et qui peut être relié par le câble à un appareil intermédiaire qui com- porte un bloc d'alimentation et une unité de conversion ou d'interprétation (interface) pour les signaux et auquel peu- vent être raccordés des unités d'affichage fixes destinées aux résultats de mesure ou des appareils de commande ou d'enregistrement pouvant être influencés par les signaux de mesure Grâce à la mesure mentionnée, relativement simple, on peut utiliser l'appareil comme appareil normal à main comportant les fonctions supplémentaires permises par les agencements intérieurs et aussi comme composant d'un système prioritaire d'enregistrement, de commande ou d'interpréta- tion (dans le cas de mesures de tolérances, par exemple dans un calculateur de statistiques) Etant donné que les unités d'alimentation et d'interrogation sont reliées, il est assu- ré que l'appareil, lorsqu'il est inséré dans un système, soit alimenté obligatoirement par une tension constante Par l'intermédiaire de l'interface, on peut amener à une forme telle les signaux éventuellement déjà partiellement traités pour l'accomplissement de fonctions suplémentaires de l'ap- pareil à main autonome, ou les convertir de façon telle, qu'ils puissent être traités directement par des calcula- teurs classiques, des appareils de commande, etc 6 2512946 Grâce à l'économie de place dans le boîtier même de l'appareil, on peut loger notamment dans le coulisseau des mémoires dont on a besoin dans des mesures de tolérance ou bien on peut donner à des mémoires existantes une gran- deur notablement supérieure à celle qu'elles ont dans les appareils connus. L'objet de l'invention est représenté à titre d'exemple par les dessins sur lesquels: la figure 1 monter en élévation un appreil de me- sure à main conçu sous la forme d'un pied à coulisse et au- quel est adjoint un appareil de traitement ou appareil in- termédiaire; la figure 2 est un détail en plan de la règle et de l'unité d'exploration, à travers le boîtier de coulis- seau, représenté ouvert; la figure 3 une coupe de l'appareil de la figure 1 dans la région du coulisseau; la figure 4 montre un appareil de mesure à main conçu sous forme de traceur de hauteur et la figure 5 est un schéma de détail d'un montage amplificateur destiné aux signaux apparaissant à l'unité de lecture. L'appareil de mesure à main selon les figures 1 à 3 présente la forme fondamentale d'un pied à coulisse com- portant une branche de mesure fixe 1 reliée rigidement à une glissière 2 et une branche de mesure mobile 3 que l'on peut régler'le long de la glissière 2 à l'aide d'un co ulisseau 4. La glissière 2 présente une rainure longitudinale , dans laquelle est encastré un support 7 qui porte, à son coté libre, dans une région 8, une graduation incrémentiel- le Au coulisseau 4 est encore reliée une barre de recouvre- ment 9 qui, lorsque la mâchoire 3 est fermée, recouvre com- plètement le support 7, conjointement avec le coulisseau, et est réglable en-même temps que ledit coulisseau. Un boîtier 10 du coulisseau 4 contient des unités opto-électroniques d'exploration, des amplificateurs et uni- tés d'interprétation correspondants, un microprocesseur ou des circuits intégrés, des mémoires et d'autres circuits qui 7 2512946 permettent d'établir différentes fonctions pouvant être choisies grace-à des touches de commutation 11 à 14 On peut aussi, par double actionnement de commutateurs, organiser des fonctions supplémentaires qui peuvent être choisies Par exemple, la touche 11 peut être conçue pour la remise à zéro, la touche 12 pour l'activation d'une mémoire, la touche 13 comme touche auxiliaire pour l'établissement de fonctions supplémentaires et la touche 14 comme interrupteur de marche et d'arrêt En outre, dans le circuit d'alimentation peut être disposée une minuterie qui, au bout d'un temps déter- miné, par exemple d'une minute et demie, débranche au moins les consommateurs principaux, donc les sources lumineuses et les unités d'interprétation, mais continue d'activer éven- tuellement une mémoire destinée h la dernière valeur affi- chée, de sorte que cette valeur affichée peut être appelée à tout moment. La touche 13 peut servir, conjointement avec d'au- tres touches, à l'établissement de fonctions supplémentai- res, par exemple, quand on l'actionne conjointement avec la touche 12, h la mémorisation de limites de tolérances et, lorsqu'on l'actionne conjointement avec la touche 11, à la commutation de l'affichage entre les indications en milli- mètres et en pouces. Le boîtier de coulisseau 10 présente encore une fenêtre 15 destinée à un affichage numérique On peut obte- nir aussi bien des affichages de chiffres ou de lettres que des affichages supplémentaires de symboles, par exemple de signes de tolérance, etc Lors des mesures de tolérances, par exemple dans la région représentée h gauche, le point central s'allumerait lorsque la pièce mesurée se situe dans la gamme de tolérance L'allumage de la flèche de gauche si- gnifie une sous-mesure et l'allumage de la flèche de droite, une sur-mesure de la pièce. Sur le coulisseau est prévue une poignée d'action- nement à l'aide de laquelle on peut faire aller et venir le coulisseau Pour éviter un actionnement involontaire des commutateurs 11 à 15 lorsqu'on saisit maladroitement l'appa- reil ou lorsque le doigt glisse de la poignée 16, le commu- tateur 11 est disposé après un creux 17, du côté opposé à la poignée 16 relativement à une saillie 18. La poignée 16 forme un guide d'insertion ouvert vers le haut dans lequel sont prévus des contacts de conne- xion aussi bien pour l'alimentation électrique que pour l'émission de signaux, c'est-à-dire que ces derniers con- tacts sont reliés à des sorties correspondantes de l'unité optoélectronique d'exploration ou des unités fonctionnelles qui sont logées dans le boîtier 10 Lors du fonctionnement sur piles, on insère dans le guide mentionné une fiche con- tant des piles à boutons-pression et cette fiche ne contient alors de connexions que pour les contacts d'alimentation. Lorsqu'on utilise un appareil supplémentaire selon la figure 1, on utilise une fiche de connexion 19 qui est placée sur un c ble 20 et présente des contacts aussi bien pour la par- tie d'alimentation que pour les autres sorties et qui relie tous ces contacts ou sorties, par l'intermédiaire du c ble, à un appareil intermédiaire 21 qui comporte une fiche de connexion pour l'alimentation et, en outre, des circuits de manoeuvre ou de commande, qui transforment les signaux tirés de l'appareil à main ou les mettent sous une forme convenant à l'interprétation Une connexion 23 sert à transmettre les données à un tel système d'interprétation. Pour explorer la graduation 8, dans le coulisseau 4 sont prévus quatre unités opto-électroniques d'explora- tion Chaque unité d'exploration est munie d'une diode à émission de lumière 24 Les deux unités d'exploration exté rieures présentent des unités de lecture comportant des ré- cepteurs photoélectriques, par exemple des phototransis- tors, disposés derrière une grille correspondant à la gra- duation de la règle L'unité d'exploration centrale com- porte, avant un phototransistor, une zone de lecture libre 27 Les grilles d'exploration 26 sont décalées entre elles d'un multiple et d'une fraction de la division 8, de sorte que sur les deux phototransistors placés à la suite des grilles, il apparaît des signaux déphasés La lumière émise par les photodiodes 24, 25 est réfléchie par la couche ré- 9 2512946 fléchissante 6 du corps en verre 7 et arrive alors, par la graduatin et les grilles 26 ou la zone de lecture 27, sur les phototransistors afférents, qui engendrent un signal correspondant à l'éclairement momentané Les régions du corps en verre, qui sont situées à côté de la graduation, forment des guides de glissement pour le coulisseau qui s'appuie aussi sur le corps en verre par des nervures cor- respondantes. La figure 4 montre un appareil de mesure sous for- me de traceur de hauteur, présentant dans la partie électri- que ou électronique le même équipement que le pied à coulis- se de la figure 1. Cet appareil de mesure présente un piétement 28 et deux colonnes 29, 30 qui sont reliées dans le haut par un étrier 21 On a choisi cette disposition pour obtenir une stabilité accrue et éviter autant que possible de toucher la colonne 29 qui porte à nouveau une règle incrémentielle 8 sur un corps en verre Sur la colonne 29 est guidé de façon réglable, à l'aide d'un mécanisme 33, un coulisseau 32 qui porte, sur un bras 34, un outil à tracer 35 Une bande 36, guidée dans les parties 28 et 31, ouverte à l'endroit du coulisseau 32, mais par ailleurs sans fin, recouvre le corps en verre et la graduation hors du coulisseau L'équipement intérieur du coulisseau 32 correspond à celui du coulisseau 4 et c'est pourquoi on a aussi adopté les mêmes désignations pour les touches de fonction Ici encore, on peut utiliser à volonté une fiche à piles ou une fiche combinée d'alimenta- tion et de connexion 19. Les circuits servant h engendrer les signaux de mesure déphasés, à multiplier éventuellement ces signaux dans le sens d'une subdivision électronique de la règle et à traiter les signaux pour obtenir les différentes fonctions réglables ou commander l'unité d'affichage de la fenêtre 15 sont en eux-mêmes connus La figure 5 montre en détail un montage amplificateur utilisable dans un appareil selon l'invention Dans le montage, sont amenés, par l'intermé- diaire de connexions 36, 37, les signaux venant des unités d'exploration situées derrière les grilles 26 et, par l'in- 2512946 termédiaire d'une entrée 38, le signal venant de l'unité d'exploration située derrière la zone 27 Les entrées 39, 40 servent à l'alimentation en courant et en tension Pour cha- cun des signaux amenés par les entrées 36, 37 est prévu un amplificateur de réglage 41, 42 présentant deux entrées:aux deuxièmes entrées, est appliqué en commun le signal corres- pondant à l'éclairement moyen de la zone 27 et qui influence le gain, de sorte que les signaux amplifiés, qui proviennent des sorties 43, 44 et qui sont amenés à la suite du traite- ment, sont des signaux corrigés dans lesquels l'influence des variations de luminosité et des encrassements de la rè- gle est largement compensée. 2 2512946 REVENDICATIONS 1 Appareil de mesure à main comportant une échelle incrémentielle disposée sur une partie et munie d'une graduation sur un support transparent, en particulier formé de verre, ainsi qu'une unité de lecture réglable le long d'une règle au moyen d'un capteur et munie de récepteurs photoélectriques qui servent à engendrer au moins deux signaux de mesure déphasés entre eux, de longueur d'onde proportionnelle à la graduation, à travers des grilles de lecture ou organes similaires qui explorent la graduation éclairée par des dispositifs d'éclairage adjoints disposés du même côté de la règle et réglables avec les grilles, une unité d'interprétation des signaux de mesure, une unité d'affichage et une partie d'alimentation qui sont réunies à l'unité de lecture en formant un ensemble structural, appareil caractérisé par le fait que la règle ( 7), munie de la gradua- tion ( 8) à son côté tourné vers l'unité de lecture, est élargie au delà de la graduation et rendue réfléchissante à l'arrière et que les dispositifs d'éclairage ( 24, 25) sont dirigés vers la partie élargie de la règle, de sorte que la lumière qu'ils émet- tent arrive sur les récepteurs ( 26, 27) par la graduation, après réflexion sur la partie réfléchissante ( 6). 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour engendrer les signaux de mesure est chaque fois prévu un seul dispositif de lecture comprenant un dispositif d'éclairage ( 24), une grille ( 26) et un récepteur et qu'une autre unité de mesure, comprenant un dispositif d'éclairage ( 25) et un récepteur, engendre un signal de référence correspondant à l'éclairement moyen d'un tronçon de règle comprenant plusieurs divisions, ce signal étant destiné à des amplificateurs de ré- glage ( 41, 42) auxquels les signaux de mesure peuvent être ame- nés dans l'unité d'interprétation. 3 Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, ca- ractérisé par le fait que les élargissements du corps de règle, dépassant la graduation ( 8), forment des guides de glissement pour l'unité de lecture. 4 Appareil selon l'une des revendication 1 à 3, ca- ractérisé par le fait que dans le boîtier ( 10, 32) de l'unité de lecture est prévue une ouverture d'insertion destinée à une il 12 2512946 fiche d'alimentation ( 19) et que dans le guidage peuvent être introduites, à volonté, une fiche d'alimentation contenant des piles et présentant seulement des contacts complémentaires pour les connexions d'alimentation ou une fiche ( 19) formant un raccordement de câble qui contient non seulement des contacts complémentaires pour les connexions d'alimentation, mais encore des contacts complémentaires pour les connexions de sortie et peut être reliée, par le câble ( 20), à un appareil intemédiaire ( 21) qui comporte un bloc d'alimentation ( 22) et une unité de conversion et d'interprétation (interface) pour les signaux et auquel peuvent être raccordés des unités d'affichage fixes destinées aux résultats de mesure ou des appareils de commande ou d'enregistrement pouvant être influencés par les signaux de mesure.