Brevet FR2518253A1 — publié le 19830617

Dispositif de mesure de coordonnées multiples L'invention concerne un dispositif de mesure de coordon- nées multiples, qui comporte essentiellement un b 8 ti de base, un dispositif de logement pour la pièce à mesurer et une tête de mesure, mobile selon les trois coordonnées X, Y et Z et munie de doigts polpeurs. La croissance constante de l'utilisation des techniques de commande numérique avec leurs opérations d'usinage complexes a permis de fabriquer aussi des pièces prismatiques individuelles ou en petites et moyennes séries Les exigences de qualité des produits i-liaquent de résoudre rapidement et de façon fiable, avec des appareils de mesure universels, les difficiles problè- mes de mesure des pièces Il faut que les erreurs de fabrication puissent être détectées immédiatement après les opérations de fabrication afin qu'elles puissent être corrigées dans les phases suivantes. La technique de mesure des coordonnées a fait ses preuves dans ces dernières années comme système irremplaçable et écono- mique Pour augmenter sa souplesse, il faut toutefois modifier des caractéristiques telles que: réduction des temps de montage et des temps morts, accroissement de la vitesse de mesure et facilité des enchaînements avec les machines d'usinage. Le but de l'invention est de procurer un dispositif de mesure de coordonnées multiples qui, du point de vue d'une réa- lisation appropriée pour l'atelier, présente dans le domaine de la production une vitesse de mesure élevée avec une grande pré- cision de mesure, de grandes possibilités d'enchainement avec les machines d'usinage, une grande souplesse, et qui soit insen- sible à la saleté et à la température. Ce but est atteint selon l'invention en ce que le bâti de base est formé essentiellement par un corps prismatique de forme essentiellement rectangulaire, au côté antérieur de la partie inférieure duquel est raccordé, en formant un L, un plateau circulaire indexable, tandis qu'est disposé sur son c 8 té supé- rieur un bras en porte à faux s'étendant perpendiculairement au c 8 té antérieur du corps prismatique à une certaine distance au-dessus du dit plateau circulaire, lequel bras peut être déplacé sur le corps pr smatique transversalement à son axe longitudinal selon l'axe de coordonnées X reçoit à son extrémité libre antérieure un fourreau pouvant se déplacer selon l'axe de coordonnées Z perpendiculaire, et parallèlement à son axe longi- tudinal, lequel fourreau est équipé de la tête de mesure. Dans un développement de l'invention, le plateau circulaire indexable peut être commandé par une commande numérique et peut comporter une denture plate; le corps prismatique avec ledit plateau circulaire peut être posé sur trois pieds supports En outre, le bras en porte-à-faux peut être relié fonctionnellement au corps prismatique pour les déplacements selon l'axe des X, et le fourreau 8 tre relié fonctionnellement au bras en porte-àfaux pour les déplacements selon les axes de coordonnées Y et Z, au moyen de mécanismes à friction et ou d'entra nements par broches. La course de réglage selon l'axe des X peut dans ce cas être plus grande que les courses de réglage selon les axes des Y et des Z afin de pouvoir atteindre facilement des points de mesure intérieurs dans le cas de pièces prismatiques. Du fait de leur sensibilité à la saleté, les éléments de guidage pour le déplacement du bras en porte-à-faux et du fourreau peuvent gtre disposés ou-dessus du plateau circulaire et à l'intérieur du bras en porte-à-faux ou de l'habillage du fourreau. Dans un autre développement de l'invention, on peut prévoir sur le corps prismatique, sur le bras en porte-à-faux et sur le fourreau, ou sur son habillage, des systèmes de mesure linéaires incrémentiels avec un dispositif de lecture optoélectronique La simplicité de maniement et la rapidité d'évaluation des données peuvent être obtenues par l'adjonction d'un pupitre de commande avec un terminal et un système de commande et d'évaluation des données de mesure constitué d'appareils séparés Enfin, le corps prismatique, le plateau circulaire, le fourreau, le bras en porte- à-faux et les éléments de guidage et d'entraînement peuvent gtre fabriqués en un matériau uniforme, de préférence en acier. 3 D Les avantages d'un dispositif de mesure à coordonnées mul- tiples possédant les caractéristiques de l'invention consistent notamment en ce qu'on réalise ainsi une structure clairement 18253 agc'ece ' veó i Vec qui base s':3 ble qui pzrme, des guidages trés precis et une disposition idéale des systèmes de mesure linéaires Tous les 61,, ments zupports sont constitués par des constructions en acier soudées ne pouvant pas se tordre Les guidages réalisés avec des patins à recirculation de billes sont couverts et assurent, du Sz cette comblnaison, une durée de vie élevée du fait de l'effet d'auto-nettoyage o Le plateau circulaire indexable pneumatique à commande numéri Lque et à denture plate pour le positionnement permet un déplacement parfaitement plan, un déplacement circulaire parfaitement centré et une indexation précise L'ensemble du dispositif de mesure de coordonnées multiples o un positionnement trois points statiquement déterminéoet ne nécessite normalement pas de fondation La Crande capacité d'enchainements est assurée 13 par le fait que la structure conforme à l'invention avec le bras en porte-à-faux vertical permet d'amener les pièces a mesurer de trois e 8 tés; En combinant le système de mesure de coordonnées multiples ovec un plateau circulaire indexable integré, on obtient une grande souplesse étant donné que la position optimale de la pièce a usiner par rapport au système palpeur peut 8 tre raglée de façon simple Ceci permet d'utili- ser des doigts palpeurs simples qui peuvent être utilisés pour un grand nombre d'op:rations de mesure Le changement rapide de pièces peut 8 tre réalisé à l'aide de palettes préparées à l'avance Le maniement simple s'eófectue à l'cide d'un pupitre de commande et un terminal avec guidage du pupitreuzr ce qui permet le fonctionnement manuel, le fonctionnement par appren- tissage et le fonctionnemneit auto Ctique du d 5 spositif de mesure à coordonr es multipleso En correlation avec le système ? O de commande et d'e &sotion des donnees de mesure, on peue réaliser une télécommonde et une adeptation rapide d'une pièce à l'autre Les systames de mémoize de Crande capacpté permettent d'activer rapidement les programmes en partie spécifiques. L'évaluation rapide des points de mesure pour obtenir le résul- 3 b tat de la mesure et l'identification automatique de la position du plateau circul 4 ire indexable avec correction de l'erreur d' ndexat on systématique et transformation des coordonnées lors de la rotation du plateau permettent aussi bien une grande vitesse de mesure que l'exécution des opérations de mesure par secteurs pour minimaliser les courses de déplace- ment. L'utilisation uniforme d'acier pour le bâti de base le plateau circulaires le fourreau et les éléments de guidage et d'entraînement assurent une dilatation uniforme aux diffé- rentes températures et procure donc une compensation de température efficace La disposition des éléments de guidage et des systèmes de mesure couverts à une hauteur sensiblement égale au-dessus de la zone de travail réduit l'influence per- turbatrice d'une répartition irrégulière de la température sur les résultats de mesure et protège les éléments de l'encras- sement La séparation judicieuse des éléments de guidage et de la surface d'appui des pièces à mesurer et la neutralisation des influences associées de forces à l'intérieur de l'appareil de mesure évitent les effets perturbateurs du complément de charge d O aux pièces à usiner et aux dispositifs, sur les propriétés de guidage et la fiabilité de mesure La séparation de la fonction du mouvement des axes de l'appareil et de la fonction de positionnement de la pièce donne de la liberté lors de l'intégration du dispositif de mesure de coordonnées multiples dans les circuits des pièces Le plateau circulaire 2 b indexable intégré est un dispositif de positionnement des pièces qui ce caractérise par une bonne accessibilité pour l'utilisation et par les dispositifs d'enchainement et qui permet d'orienter rapidement les pièces à mesurer dans les positions de mesure recherchées du fait de sa grande précision de positionnement et de sa dynamique. Pour permettre un transport manuel ou automatique des pièces des machines d'usinage au dispositif de mesure de coordonnées multiples sens gêner l'accessibilité de service, le dispositif de mesure est relié aux machines d'usinage pour former une chaîne de dispositifs. Un exemple de l'invention est représenté sur le dessin sur lequel: la Fig 1 est une vue en élévation latérale du dispositif de mesure de coordonnées multiples; la Fig 2 est une vue de devant; et la Fig 3 est une vue de dessus du dispositif de mesure de coordonnées multiples. à Le bâti de base du dispositif de mesure de coordonnées multiples est constitué par un corps prismatique de forme sen- iblement rectangulaire 1 fabriqué en acier Sur le c 8 té anté- rieur la, un plateau circulaire indexable 2 est rendu solidaire de la partie inférieure en formant un L Sur le c 8 té supérieur lb du corps prismatique 1 est disposé, perpendiculairement à son côté antérieur la, un bras en porte-à-faux 3 qui s' avance à une certaine distance verticale au-dessus du plateau circu- laire 2 Le bras en porte-à-faux 3 peut se déplacer tronsver- salement à son axe longitudinal selon l'axe des abscisses X, 4. lb A son extrémité antérieure libre 3 a le bras en porte-à-faux 3 reçoit un fourreau, 6 qui peut se déplacer selon l'axe vertical des hauteurs Z z. Le fourreau 6 peut se déplacer en outre sur le bras en porte-à-faux 3 parallèlement à l'axe longitudinal de celui-ci, selon l'axe des ordonnées Y, 7 A l'extrémité du fourreau se trouve la tête de mesure 8 avec les doigts palpeurs 9 pour prendre les mesures dans les sens des coordonnées. Le dispositif de mesure de coordonnées multiples est posé sur trois pieds 10 d'une façon statiquement définie; un des pieds 10 est placé sous le plateau circulaire 2 et les deux autres pieds 10 sont placés sous le corps prismatique 1. Le déplacement du bras en porte-à-faux 3 selon l'axe 4 des X s'effectue par l'intermédiaire d'un entraînement par moteur à courant continu 11 et d'un mécanisme à friction ou d'un entraînement à tige filetée 12 agissant entre le corps prisma- tique 1 et le bras en porte-à-faux 3 Les déplacements selon l'axe b des Y et l'axe 7 des Z partent également d'un moteur à courant continu 13 et 14 dont les forces d'entra nement sont transmises au fourreau 6 par l'intermédiaire de mécanismes à friction ou d'entratnements à tige filetée 1 I et 16 Les éléments d'entratnement se trouvent dans le bras en porte-à- faux 3 le corps prismatique 1 et l'habillage 17 du fourreau 6. Les guidages 18,19 et 20 pour les déroulement des mouvements sont protégés par l'habillage 17, ou le bras en porte-à-faux 3 et par le couvercle 21 sur le corps prismatique 1. Alors que les courses de réglage pour les coordonnées Y et Z (axes 5 et 7) , sont sensiblement de même grandeur, la course de réglage pour les coordonnées X (axe 4) est plus longue afin de pouvoir atteindre avec les doigts palpeurs 9 les points intérieurs d'une pièce prismatique à mesurer. On adjoint au dispositif de mesure de coordonnées multi- ples, pour faciliter l'utilisation, un pupitre de commande 22 et un terminal 23 avec écran ainsi qu'un système de commande et d'évaluation des données de mesure constitué par des appa- reils séparés 24, 25, 26 L'appareil 24 peut saisir les voleurs de mesure, l'appareil 25 peut constituer la commande centrale du déroulement des opérations et l'appareil 26 peut assurer l'évaluation des données de mesure; le système d'évaluation est constitué ici par un calculateur industriel comportant des appareils périphériques Pour la mise en dossier des résultats de mesure, on dispose d'une imprimante 27. Le guidage de l'opérateur par l'intermédiaire de l'écran facilite à celuici la définition des opérations de mesure à effectuer A l'aide d'un pupitre de commande léger portatif 22, l'opérateur effectue les opérations de mesure. On dispose avec ce dispositif de mesure de coordonnées multiples pour des systèmes de fabrication flexibles d'une composante importante pour le contr 8 le de qualité pendant une opération d'usinage La structure mécanique et le système de traitement d'information satisfait tous les besoins d'intégra- tion dans les circuits des produits et des informations. 2 5 18 2 53 tant notamment un Mii de cran disposîtff de logement pour la pièce à mesurer et une tête de mesure doigts palpeurs pouvant se déplacer selon es trois axes de coordonnées X, 'Y et Z, coractéx;sé un ce que Ic bel: de bose est constiîkué par un corps prismatique (I de c-as b Jenîent rectangulaire, au c 8 té antérieur de la pczîde inférieure duquel est raccordé, en fornici-t un L, un pl,;îecu c -eculû 3 're inde Xob Xe ( 2) f tandis que sor Joli O b) ee-L K 19 rposé un b Lpas en porte-à-faux 1 31) s'ivcnçant au Cûté O Rêlé- rieur (la) à une ceri -c-;ne Cîetence îu-deosuâ du plu-teeu circulaire ( 2) lequel bras peui, 'trc déplucc' à son axe _-U T le Ltczrs ( 1) selon Voxe des abscisses x '4 ' son Libre ( 3 c) un fotrr,,;;àu j 26 e 4 plcce-,r selR 2 ' m IG des JCQ 'ai à"j J, EC a oc""i = O 2 wagitud'Ral selon ú"uxe des Y Ocpjx,-(-ou est équipe do la tête de mesure ( 8,1, 2. Dispositif de mezure de c Gorjofinées multiples selon la ravendicat Ion 1, oractérisé ei ce que le plateuu indexuble ( 2) e,t à ç>mrê 1 ande et une dentuze plate. 3. Dispositif de mesure de coordonnées multiples selon le revendication 1, Clactt,Zi 24-5 en C-; duc-; le GO-VP 8 pri SFCq Ue ( 1) 2 avec le plateau cicuk r O âj _- îa C 6 Squr 111 rois pieds (JO) au total. 4. de mesuze wul-Liples Sc-,,Ion la revendicatî,,,in e 4-' ú_ que le bz Os en porte-à- faux ( 3) pour Ic l'axe de Z ( 4) est relié fonctionîi G lement pn-v dee r e-fcenismer, ti --action, et ou clés entratnemeng-s à tige fîIeui- ( 12, M, 16 uvec le corps prismatique el; lt fourreau ( 6) Coeur les salope les axes de Y et; Z l'8 s I de la îiilile foin civec le bras en porte-à-faux Dispost'e Je ltesuz; de joozdorinées multiples salon Vensémble des 1 ct 4, carçjctéZJ'së en ce que la course de réglege selon l'axe des abscisses X ( 4) est plus grande que les courses de réglage selon les axes de coordonnées Y et Z ( 5, 7). 6. Dispositif de mesure selon l'ensemble des revendica- tions 1, 4 et 5, caractérisé en ce que les éléments de guidage pour le déplacement du bras en porte-à-faux ( 3) et du fourreau sont placés au-dessus du plateau circulaire ( 2) et à l'inté- rieur du bras en porte-à-faux ( 3) ou de lehabillage ( 17) du fourreau ( 6). 7 Dispositif de mesure de coordonnées multiples selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on prévoit sur le corps prismatique ( 1), sur le bras en porte-àfaux ( 3) et le fourreau ( 6) ou son habillage ( 7) des systèmes de mesure linéaire incrémentiels ( 28) avec un dispositif de lecture opto-électronique. 8. Dispositif de mesure de coordonnées multiples selon l'une quelconque des revendications présédentes, caractérisé par l'adjonction d'un pupitre de commande ( 22) et d'un terminal ( 23) ainsi que d'un système de commande et d'évalua- tion des données de mesure ( 24, 25, 26, 27). 9. Dispositif de mesure de coordonnées multiples selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps prismatique ( 1), le plateau circulaire indexable ( 2), le fourreau ( 6), le bras en porte-à-faux ( 3) et les éléments de guidage ( 18, 19, 20) et les éléments d'en- traînement ( 12,15,16) sont en un matériau uniforme, de préfé- rence en acier. 10. Dispositif de mesure de coordonnées multiples selon la revendication 1, caractérisé par une disposition par rapport aux machines d'usinage sous forme d'un enchainement avec celles- ci pour le transport manuel ou automatique des pièces à usiner sur le dispositif de mesure de plusieurs coordonnées.