Brevet FR2531205A1 — publié le 19840203

La présente invention concerne un dispositif de palpage à laser pour contrôle dimensionnel. On connaît, dans l'état de la technique, des machines de contrôle de profil d'une pièce à l'aide d'un palpeur pour le contrôle de pièces de forme irré- gulière Une machine de ce genre comprend un palpeur monté à l'extrémité d'un bras porte-palpeur et des moyens de déplacement de ce bras afin que le palpeur puisse suivre le profil de la pièce à contrôler. Les mesuresdimensionnelles de profil de piè- ces axi-symétriques creuses sont réalisées sur des ma- chines à deux plateaux orthogonaux, à savoir un plateau à axe vertical qui supporte la pièce à contrôler et un plateau à axe horizontal qui supporte la tête de mesure. qui peut être équipée d'un ou de deux dispositifs de palpage. Si l'on souhaite obtenir une précision de me- sure de l'ordre du microns et compte tenu de la géomé- trie des pièces et de la nature des matériaux, le dis- positif de palpage doit satisfaire plusieurs critères. Sa Gcourse doit atteindre 30 mm, la pression de palpage doit rester faible et constante quelle que soit la po- sition du palpeur dans l'espace O Le palpeur doit être insensible aux efforts radiaux O Enfin, il est souhaita- ble que l'encombrement du dispositif soit aussi réduit que possible. Aucun dispositif de palpage connu antérieu- rement ne satisfait à ces exigences Les dispositifs précis sont encombrants, leur force de palpage est va- riable et de plus elle est de plusieurs dizaines de grammes A l'inverse, les dispositifs qui présentent une course suffisante et un encombrement réduit ne per- mettent pas de mesures précises et ne sont pas insensi- bles aux efforts radiaux. L'invention a pour objet un dispositif de palpage qui satisfait à toutes les exigences énoncées ci-dessus. Plus précisément, le dispositif de palpage de l'invention se caractérise en ce qu'il comporte un corps, un palpeur coulissant dans le corps, un contrepoids de même masse que le palpeur et relié à ce dernier par un fil passant sur des poulies et coulissant dans le corps parallèlement au palpeur, des moyens de guidage en translation pour le palpeur et le contrepoids, des moyens pour exercer une pression sur le palpeur, des moyens pour mesurer le déplacement du palpeur. De préférence, les moyens de guidage sont constitués par des paliers pneumatiques. De préférence encore, les moyens pour exercer une pression de palpage sur le palpeur sont constitués par des épaulements ménagés sur le palpeur et le con- trepoids et par des chambres à l'intérieur desquelles règne une pression de gaz comprimé, la surface de l'épaulement du palpeur étant supérieure à la surface de l'épaulement du contrepoids. Enfin, les moyens pour mesurer le déplacement du palpeur sont constitués par un miroir de mesure so- lidaire de l'extrémité supérieure du palpeur et par un rayon laser, comportant un bras d'un interféromètre, dirigé sur le miroir et des moyens de comptage des franges d'interférence. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la des- cription qui suit, donnée a titre indicatif et nulle- ment limitatif, en référence à la figure unique jointe. Sur cette figure, on a représenté, vu en cou- pe, un dispositif de palpage conforme à l'invention. Sur la figure 1, le dispositif de palpage de l'invention 1 comporte un corps 2 réalisé par exemple en alliage léger, dans lequel sont ménagés deux alésa- ges cylindriques à axes parallèles$ Dans ces alésages se trouvent des chemises 4 et 6; Chaque chemise compor- te une collerette à sa partie inférieure pour la fixer au corps 2, par exemple-au moyen de vis 8 La chemise 4 ;comporte deux alésages 10 et 12 séparés par une chambre 14 De façon identique, la chemise 6 comporte deux alé- sages 16 et 18 situés dans le prolongement-l'un de l'autre et séparés par une chambre 20 On remarquera que le diamètre des alésages 12 et 18 est supérieur au diamètre des alésages 10 et 16 respectivement Des ca- nalisations d'amenée d'air comprimé débouchent au ni- veau de chacun des alésages 10, 12; 16 et 18 pour constituer des paliers à air, connus par eux-mêmes Des joints d'étanchéité j assurent l'étanchéité des paliers à air Des canalisations pneumatiques 14 a et 20 a débou- chent dans les chambres 14 et 20 respectivement Enfin, dans chacun des quatre alésages, on trouve une gorge cylindrique lob, 12 b, 16 b, 18 b Chacune de ces rainures est mise à la pression atmosphérique par un conduit radial percé dans la chemise correspondante et dans le corps 2 A l'intérieur de la chemise 4, on trouve le palpeur 22 dont l'extrémité 24, appelée pointe de tou- che, est en contact avec la pièce à contrôler Le pal- peur 22 se présente sous la forme d'une tige allongée qui coulisse avec jeu dans les alésages 10 et 12 Comme on peut le constater, le palpeur 22 comporte deux par- ties de diamètres différents raccordées par un épaule- ment 26 La surface de cet épaulement est l'une des caractéristiques du palpeur puisque, comme on le verra par la suite, la pression de palpage en dépend Dans un exemple de réalisation-décrit, la surface de l'épaule- ment 26 est 0,345 cm De la même manière, le contrepoids 26 se pré- *sente sous la forme d'une tige allongée qui coulisse avec jeu dans la chemise 6 Le contrepoids 26 comporte deux parties de diamètres différents raccordées par un épaulement 28 La surface de cet épaulement, comme cel- le de l'épaulement 26, est une caractéristique du pal- peur Dans l'exemple de réalisation représenté, cette surface est de 0,294 cm 2. La masse du palpeur 22 est équilibrée par celle du contrepoids 26 En effet, ces deux pièces sont reliées par un fil métallique 30 qui passe sur deux poulies 32 et 34 montées sur le corps 2. Un miroir 36 est fixé sur le palpeur 22 Un autre miroir 38 incliné à 450 par rapport à l'axe du palpeur 22 est fixé sur le corps 2 Ces deux miroirs permettent la réflexion du faisceau d'un rayon laser utilisé pour mesurer le déplacement du palpeur Un la- ser de type Rewlett Packard 5501 associé à un interfé- romètre convient pour cette mesure. La course du palpeur est donnée par la lon- gueur des chambres 14 et 20 Sur la figure, le palpeur a été représenté en position de sortie maximale On constate que dans cette position, l'épaulement 28 du contrepoids est en contact avec la paroi supérieure de la chambre 20 On a désigné par la référence 24 ' la position de rentrée maximale de l'extrémité 24 La dis- tance entre ces deux positions correspond à la capacité du palpeur. La pression de palpage est donnée par les surfaces S et 52 des épaulements 26 et 28 et par les pressions de gaz comprimé amené par les canalisations 14 a et 20 a qui règnent dans les chambres 14 et 20 Ces pressions peuvent être identiques ou différentes. Dans l'exemple de réalisation décrit, 2 2 2 s 1 = 0,345 cm, S 2 = 0,294 cm,s -52 =A= 0,051 cm Pour une pression de commande comprise entre >,Q^ 1 et 0,2 bar, la force résultante appliquant le pal- S peur 22 sur la pièce à contrôler sera comprise entre 0,5 et 0,10 N, soit approximativement de 5 à 10 g. Le palpeur de l'invention peut pivoter de 1800 selon le sens des flèches f et f' de part et d'au- tre de la position représentée sur la figure Sï l'on désigne par O l'angle de l'axe du palpeur 22 avec l'ho- rizontale, à partir d'un angle 6 = 900 correspondant à une position horizontale du palpeur, la pression p (prise identique dans les chambres 14 et 20) doit être au moins égale à -xcos g Dans cette formule, P désigne le poids du palpeur 22 et celui du contrepoids 26, (qui sont égaux) et S la section utile du contrepoids En effet, c'est à partir de cette pression P que le fil 30 reliant le palpeur au contrepoids sera tendu Dans l'exemple de réalisation décrit, p= 0,0272 kg et S= 0,294 cm 2 Dans ces conditions, pour = 180 (point de contact du palpeur 22 en haut) , la pression p dans les chambres 14 et 20 devra être au moins égale à 0,092 bar Lorsque l'extrémité 24 du palpeur est appli- quée contre une surface oblique par rapport à l'axe du palpeur, une action de contact dirigée perpendiculaire- ment à l'axe du palpeur est exercée sur ce dernier. Afin que les mesures ne soient pas faussées, il est nécessaire que le palpeur présente une grande raideur au point de palpage Ceci dépend d'une part de l'espa- cement des paliers à air et d'autre part de la raideur de chacun de ces paliers Dans le cas de l'exemple de réalisation décrit, on a évalué le déplacement latéral du point de palpage, c'est-à-dire la pointe de touche 24 à 0,019 gn, le palpeur étant sorti, et à 0,008 lim le palpeur étant rentré. En ce qui concerne la consommation de l'air comprimé, il faut remarquer que le palpeur et le con- trepoids fonctionnent comme des vérins sans joint La fuite dans une gorge circulaire est: (pl-P 2) t D e 3 M= 24 N r T t- Dans cette formule M = débit massique en kg/s avec: Pli P 2 = pressions absolues en amont et en aval en Pa' D = diamètre de la fente en m e = largeur de la fente en m, r T = constante = 86400 1 = longueur de la fente en m, N = viscosité dynamique de l'air en P Zo Dans le cas o la pression à l'intérieur des chambres 14 et 20 est de 0,2 bar, on trouve les débits de fuite suivants: 0,034 l/min pour la gorge 16 b (diamètre 10 mm); 0,035 1/min pour la gorge lo O b (diamètre 10,3 mm); et enfin, 0,041 1/min pour les gorges 12 b et 18 b dont le dia- mètre est de 12 mm. Au total, le débit d'air comprimé est de 0,15 1/min. Le dispositif de palpage est alimenté en air à partir d'une pression d'entrée de 5 à 6 bars Cet air est détendu dans un détendeur régulateur jusqu'à une pression de 2 bars puis filtré dans un filtre de 0,1 l. L'air est ensuite détendu jusqu'à la pression d'alimen- tation qui peut varier en O et 0,2 bar, avec une sensi- bilité de 0,03 millibar. REVENDICATIONS 1 Dispositif de palpage à laser, caractérisé en ce qu'il comporte: un corps ( 2), un palpeur ( 22) coulissant dans le corps ( 2)g un contrepoids ( 26) de même masse que le palpeur ( 22) et relié à ce dernier par un fil ( 30) passant sur des poulies ( 32, 34) et coulissant dans le corps ( 2) pa- rallèlement au palpeur ( 22), des moyens de guidage en translation pour le palpeur ( 22) et le contrepoids ( 26), des moyens ( 26, 28) pour exercer une pression sur le palpeur ( 22), des moyens pour mesurer le déplacement du palpeuro 2 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les moyens de guidage sont consti- tués par des paliers pneumatiques ( 10 a, 12 a, 16 a, 18 a) 3 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens pour exercer une pression de palpage sur le palpeur ( 22) sont constitués par des épaulements ( 26, 28) ména- gés sur le palpeur ( 22) et le contrepoids ( 26) et par des chambres ( 14, 20) à l'intérieur desquelles règne une pression de gaz comprimé (pl' p 2) v la surface de l'épaulement ( 26) étant supérieure à la surface (s 2) de l'épaulement ( 28). 4 Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens pour mesurer le déplacement du palpeur ( 22) sont cons- titués par un miroir dé mesure ( 36) solidaire de l'ex- trémité supérieure du palpeur ( 22) et par un rayon la- ser dirigé sur le miroir ( 36) et des moyens de comptage des franges d'interférence des rayons incidents et ré- fléchis.