Brevet FR2517049A1 — publié le 19830527

La présente invention concerne une sonde pour le con- trôle de dimensions linéaires, telles que des dimensions de pièces mécaniques, comprenant des moyens de support, un bras qui est mobile par rapport aux moyens de support et dont une partie définit un axe géométrique horizontal, des moyens de liaison pour relier le bras aux moyens de support et permettre au bras de se déplacer par rapport à ces moyens de support dans deux sens opposés, des moyens palpeur, pour toucher la surface de la pièce à contrôler, qui sont fixés à une extrémité du bras mobile et des interrupteurs munis de contacts électriques qui sont fermés en position de repos et associés au bras et aux moyens de support. On sait que les machines à mesurer appellées muldidimen- sionnelles, existant maintenant depuis de nombreuses années, comportent généralement des têtes ou sondes qui sont déplacées au moyen de glissières de manière à amener un palpeur, fixé à un bras mobile de la tête, en contact avec des parties d'une pièce à contrôler. Ces têtes fonctionnent normalement comme des interrup- teurs en ce qu'elles comportent une ou plusieurs paires de con- tacts électriques qui sont fermés lorsque le bras est en posi- tion de repos et qui s'ouvrent lorsque le bras mobile quitte sa position de repos parce que le palpeur a rencontré la pièce à contrôler. L'ouverture des contacts engendre un signal commandant la lecture de signaux produits par des convertisseurs de posi- tion associés aux glissières. Par conséquent, ces têtes, appelées "palpeurs à déclen- chement", ne fournissent pas un signal réel de mesure, mais simplement un signal logique, indiquant que le bras a quitté une position de repos. Il est clair que, pour que la valeur mesurée, détectée par les convertisseurs associés aux glissières, soit précise, il est nécessaire que l'ouverture des contacts dans la tête ait lieu avec une bonne reproductibilité, c'est-à-dire lors de dé- placements prédéterminés du bras à partir de sa position de re- pose On sait aussi que l'utilisation croissante de systèmes de commande numérique perfectionnés, tels-que les systèmes de commande numérique par ordinateur (CNC), sur les machines-ou- tils, tels que les tours et les points d'usinage, a provoqué une extension de l'utilisation des têtes à "palpeurs à déclen- chement I" sur ces machines, dans le but d'augmenter la précision de l'usinage et d'automatiser encore plus le fonctionnement de ces machines. Cependant, l'utilisation sur les machines-outils tra- vaillant les métaux par enlèvement de copeaux de têtes identi- ques ou semblables à celles utilisées sur les machines à mesu- rer multidimensionnelles présente certains inconvénients dus, essentiellement, à la présence dans ces machines-outils de vi- brations et de contraintes sensiblement plus intenses que cel- les existant sur les machines à mesurer multidimensionnelles et, en général, à des conditions de fonctionnement plus défavo- rables. Le but de la présente invention est de fournir une son- de du type "palpeur à déclenchement" qui soit spécialement a- daptée à l'utilisation sur les machines-outils travaillant par enlèvement de copeaux, en particulier, par exemple, du point de vue reproductibilité et robustesse. Dans ce but la présente invention a pour objet une son- de du type indiqué ci-dessus, dans laquelle, les moyens in- terrupteurs comportent deux lames flexibles ayant une premiè- re extrémité reliée au bras mobile et une seconde extrémité libre; un dispositif de commande, relié au bras mobile et comprenant des premières surfaces de référence; et des se- condes surfaces de références associées aux lames Les con- tacts électriques comprennent deux contacts mobiles fixés sur les lames près de leurs extrémités libres et sur la secon- de surface de référence et des contacts fixes correspondants fixés aux moyens de support Les premières surfaces de référence coopèrent, lors des déplacements du bras mobile à partir d'une position de repos, avec les secondes surfaces de référence pour infléchir élastiquement l'une des lames et écarter l'un des contacts électriques mobiles du contact fixe correspondant. L'invention sera décrite ci-dessous de manière plus dé- taillée sous la forme d'un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté sur les dessins annexes. La Fig 1 est une vue en élévation partiellement en coupe d'une tête à "palpeur à déclenchement", La Fig 2 est une vue partiellement, en coupe, selon la ligne II-II de la figure 1, de la tête représentée sur la figure 1. La Fig 3 est une vue en coupe transversale de l'ensem- ble mobile de la tête de la figure 2. La Fig 4 est une vue en élévation, à échelle réduite, montrant certains détails de la tête des figures 1-3. La Fig 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 4 des détails représentés sur cette figure 4. Les figures 6 et 7 représentent, à une échelle encore plus réduite, deux têtes avec des bras mobiles différents La sonde ou tête représentée sur les figures 1 et 2 comprend un bottier extérieur 1 sensiblement cylindrique auquel est fixé, au moyen de vis 2, un élément 3 fait d'une seule pièce usinée, dont la structure est représentée plus clairement sur les figures 4 et 5. L'élément 3 comprend une base supérieure 4 avec des trous débouchants 5 pour le passage des vis 2, des trous ta- raudés 6 pour le montage d'une fixation de câble 8 à la base 4 au moyen de vis 7 (figures 1 et 2), et un trou débouchant 9. Deux organes de support longitudinaux adjacents égale- ment représentés sur la figure 4, sont d'une pièce avec la ba- se 4 et, par l'intermédiaire de deux parties de liaison 12 et 13, avec une base 14 Les parties 12 et 13 des organes 10 et 11 comportent des sections minces élastiquement déformables qui définissent sensiblement un axe horizontal de rotation de la base 14 par rapport aux organes 10 et 11. Une tige 15, qui estégalenent d'lne pièce avec l'élément 17049 3, forme une partie, coaxiale au bottier 1, d'un bras mobile et est percée de trous 16 et 17 Les figures 6 et 7 montrent comment d'autres organes 18, 181, 20, 20 ' de bras mobiles de types différents peuvent être fixés à la tige 15 Les organes 13 et 20, respectivement 18 ' et 20 ', sont accouplés par l'in- termédiaire de goupilles 19 en matériau relativement fragile formant des sections affaiblies qui peuvent se rompre pour pro- téger les autres éléments de la sonde d'efforts provenant d'impacts accidentels de palpeurs 21, 22, 23; 21 ', 22 ', 23 ' montés aux extrémités des organes 20 et 20 '; les palpeurs 21- 23; 21 '-23 ' sont décalés par rapport à l'axe longitudinal de la sonde. Un joint d'étanchéité 25 est relié à la tige 15 et à une base évidée 24 du bottier 1 A la base 24 est fixée une plaque évidée 26; un diaphragme de protection flexible 27, ré- sistant à l'impact des copeaux, est comprimé sur son bord ex- térieur entre la base 24 et la plaque 26-et est relié par son bord intérieur à la tige 15. Un organe, c'est-à-dire une barre 28 de profil longitu- dinal à peu près en T, est fixé par sa base 29, à l'aide de vis , à la base 14 de lélément 3 et s'étend suivant la direction longitudinale de la sonde entre les organes 10 et 11. La sonde comporte des moyens interrupteurs avec un dis- positif de commande comprenant deux organes de référence 31 et 32, en un matériau résistant à l'usure et d'une dureté notable, tel qu'un carbure, fixés transversalement au corps de la barre 23 de manière à pouvoir être ajustés séparément Sur les organes 10 et 11 sont fixées, à l'aide de vis 33 et 34 (figure 3), deux traverses 35 et 36 supportant dans des trous taraudés deux goujons réglables 37 et 38 dont les ex- trémités extérieures forment des surfaces de linitation ou d'arrêt. Près des traverses 35 et 36, deux autres traverses 41 et 42 sont fixées aux organes 10 et 11 à l'aide de vis 39 et 40. Chaque traverse 41 et 42 présente dans sa partie centrale un logement de réception d'une pièce rapportée 43 et 44 en fibre 17049 de verre contenant un contact électrique 45 et 46 en un maté- riau résistant à l'usure, de dureté notable et électriquement conducteur, tel qu'un carbure. Les pièces 43 et 44 sont collées dans leurs logements respectifs à l'aide d'une résine appropriée. Aux contacts 45 et 46 sont soudés des fils électriques 47 et 48 (figure 2) qui sortent du bottier 1 dans un câble 49 passant par la fixation de câble 8. La base 14 de l'élément 3 comporte deux surfaces laté- rales auxquelles sont fixées, à l'aide de vis 50, les extrémi- tés inférieures de deux lames plates 51 et 52 élastiquement flexibles, dont l'une 52 est partiellement représentée sur la figure 1. Les lames 51 et 52 se prolongent sur presque toute la longueur du bottier 1 et portent Fès de leurs extrémités supé- rieures libres deux contacts électriques 53 et 54 en carbure qui, lorsque la sonde est en position de repos, appuient ferme- ment avec une certaine force sur les contacts 45 et 46. A proxinité des contacts 53 et 54 les lames 51 et 52 portent deux butées de référence ou d'arrêt en carbure 55 et 56 en face des organes de référence 31 et 32. L'étanchéité de la sonde est assurée par deux bagues élastiques 57 et 58 disposées respectivement entre la fixation de c 9 ble 8 et la base 4 et entre le bottier 1 et la base 4. La sonde fonctionne de la manière suivante En position de repos, les paires de contacts 45, 53; 46, 54, qui font par- tie des interrupteurs de la sonde, ferment un circuit électri- que incluant les lames 51 et 52 et la base 14. Supposons que, par suite du déplacement mutuel de la sonde et de la pièce à contrôler, l'un des palpeurs 21, 22, 23 ou 21 ', 22 ', 231 vienne au contact de la surface de la pièce. Supposons également que ce déplacement mutuel provoque, en faisant référence à la figure 2, une rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre de la tige 15, de la base 14 et de la barre 28 autour de l'axe défini par les parties 12 et 13. Dans la phase initiale de cette rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, la lame 51 maintient fer- més les contacts 46 et 54, car dans les conditions de repos les lames sont soumises à une contrainte initiale appropriée, non montrée sur les figures - Après une course initiale de valeur prédéterminée au cours de laquelle la flexion initiale de la lame 52 aug- mente et celle de la lame 51 diminue l'organe 31 vient au contact de la butée d'arrêt 55 et par conséquent provoque im- médiatement (car la butée 55 est immédiatement adjacente au contact 53) la séparation du contact 53 de son contact associé La sonde envoie alors un signal logique au système de com- mande numérique auquel elle est reliée Ce signal est utilisé pour déterminer la position mutuelle de la sonde et de la piè- ce (la dimension ou grandeur recherchée est calculée en fonc- tion de cette position) et pour arrêter leur approche. Une continuation éventuelle de la rotation de la bar- re 28 provoque, après une course supplémentaire de valeur pré- déterminée, la mise en contact de la lame 52, ou d'une surface d'arret attachée à cette lame 52, avec le goujon 38 et par sui- te à partir de cet instant, la force d'application des contacts 46 et 54 ne varie plus même si la rotation continue en provo- quant ainsi un accroissement de la flexion de la partie de la lame 52 comprise entre le goujon 38 et la base 14, cette par- tie étant notablement plus longue que la courte partie compri- se entre le goujon 38 et le contact 54. Les lames 51 et 52 sont très longues de manière à ré- duire à une valeur négligeable le glissement l'un sur l'autre des contacts 45, 53; 46, 54 et à un minimum les forces de contact appliquées. La forme coudée de l'organe 20 ou 20 ' du bras de la sonde permet de déterminer des dimensions selon deux axes per- pendiculaires alors que la course initiale et d'autres condi- tions de fonctionnement restent sensiblement identiques, puis- que les droites joignant les points de contact des palpeurs 21, 22, 23 ou 21 ', 22 ', 23 ' avec la pièce à l'intersection de 1 7049 l'axe longitudinal de la sonde et de l'axe de rotation défini par les parties 12 et 13 font un angle de pratiquement 45 de- grés avec l'axe longitudinal de la sonde. Des changements et modifications peuvent évidenment i- tre opérés sur la sonde telle que repr 6 sent 6 e sur les dessins sans que l'on s'écarte du cadre de l'invention. RE V E N 'D I C A T I O N S 1 Sonde pour le contrôle de dimensions linéaires, telles que des dimensions de pièces mécaniques, comprenant des moyens de support ( 1, 4, 10, 11), un bras ( 15, 18-20) qui est mobile par rapport aux moyens de support ( 1, 4, 10, 11) et dont unie partie ( 15) définit un axe géométrique longitudinal, des moyens de liaison ( 4, 13, 14) pour relier le bras ( 15, 1-8- ) aux moyens de support ( 1, 4, 10, 11) et permettre au bras ( 15, 18-20) de se déplacer par rapport à ces moyens de support ( 1, 4, 10, 11) dans deux sens opposés, des palpeurs ( 21-23) pour toucher la surface de la pièce à contrôler, reliés à une extrémité ( 20) du bras mobile ( 15, 18-20)> et des moyens inter- rupteurs ayant des contacts électriques ( 45, 46, 53, 54) qui sont fermés en position de repos, et associés au bras ( 15) et aux moyens de support ( 10, 11), caractérisé en ce que les moyens interrupteurs comportent deux lames flexibles ( 51, 52) ayant une première extrémité reliée au bras mobile et une se- conde extrémité libre; un dispositif de commande ( 28) relié au bras mobile et comprenant des premières surfaces de réfé- rence ( 31, 32); et des secondes surfaces de référence ( 55, 56) fixées aux lames ( 51, 52); et en ce que les contacts électri- ques comprennent deux contacts mobiles ( 53, 54) fixés aux la- mes ( 51, 52) près de leurs extrémités libres et aux-secondes surfaces de référence ( 55, 56) et des contacts fixes corres- pondants ( 45, 46) fixes aux moyens de support ( 11, 12); les premières surfaces de référence ( 31, 32) étant adaptées pour coopérer lors des déplacements du bras mobile ( 15, 18-20) à partir d'une position de repos, avec les secondes surfaces de référence ( 55, 56) pour infléchir élastiquement l'une des la- mes ( 51, 52) et écarter l'un des contacts électriques mobiles ( 53, 54) du contact fixe correspondant ( 45, 46). 2 Sonde selon la revendication 1,-caractérisée en ce que les moyens de support comprennent deux organes ( 10, 11) adjacents s'étendant le long de -l'axe longitudinal, le dispo- sitif de commande comprenant une barre ( 28) disposée entre ces organes adjacents ( 10, 11). 3 Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de support ( 1, 4, 10, 11) comprennent deux tra- verses ( 41, 42) fixées aux organes adjacents ( 10, 11), les con- tacts fixes ( 45, 46) étant fixés aux traverses ( 41, 42). 4 Sonde selon l'une des revendications 1 à 3, carac- térisée en ce que les moyens interrupteurs comportent un cir- cuit électrique incluant les contacts fixes et mobiles ( 45, 46, 53, 54), les lames ( 51, 52) et les moyens de connexion ( 14). 5 Sonde selon l'une des revendications 1 à 4, carac- térisée en ce que les moyens interrupteurs incluent deux orga- nes d'arrêt ( 37, 38) fixés aux moyens de support ( 10, 11) et adaptés pour venir au contact avec des lames ( 51, 52) à proxi- mité des contacts mobiles ( 53, 54) et des secondes surfaces de référence ( 55, 56). 6 Sonde selon l'une des revendications 1 à 5, carac- térisée en ce que les moyens de support comprennent deux orga- nes adjacents ( 10, 11) disposés le long de l'axe longitudinal et en ce que les moyens de liaison comprennent deux parties ( 12, 13) ayant deux portions flexibles élastiquement, reliées a une base commune ( 14),et définissant un axe de rotation du bras ( 15, 18-20) qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal. 7 Sonde selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de support comprennent en outre un bottier ex- térieur ( 1) sensiblement cylindrique et un élément ( 3) fixé au bottier extérieur et comprenant les deux organes adjacents ( 10, 11). 8 Sonde selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte d'autre part un joint d'étanchéité ( 25) relié au boîtier extérieur et au bras mobile ( 15), une plaque de fer- meture ( 26) reliée au bottier extérieur ( 1), un diaphragme de protection ( 27) relié à la plaque de fermeture ( 26) et au bras mobile ( 15), une fixation de câble ( 8) reliée à l'organe ( 3) et des moyens d'étanchéité ( 57, 58) disposés respectivement entre la fixation de câble ( 8) et l'élément ( 3) et entre cet élément ( 3) et le bottier extérieur ( 1). 9 Sonde selon l'une des revendications 1 à 8, carac- térisée en ce que les moyens de support ( 1, 4, 10, 11), les moyens de liaison ( 4, 13, 14) et le bras mobile ( 15, 18-50) sont formés par un élément d'une seule pièce ( 3), comprenant une première base ( 4), deux organes adjacents ( 10, 11) s'éten- dant le long de l'axe longitudinal, deux parties ( 12, 13) com- prenant des sections flexibles élastiquement et une seconde ba- se ( 14) formant une partie du bras, les sections flexibles é- lastiquement permettant un déplacement en rotation du bras ( 15, 18-20) autour d'un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal. Sonde selon l'une des revendications 1 à 4 et 6 à 9, caractérisée en ce que le bras comprend une partie coudée ( 20; 20,) portant à une extrémité les palpeurs ( 21, 23; 21 '- 23,), qui sont décalés par rapport à l'axe longitudinal géomé- trique, en vue du contrôle de dimensions linéaires suivant deux axes perpendiculaires.