Brevet FR2544482A1 — publié le 19841019

Dispositif de mesure tridimensionnelle La présente invention concerne un dispositif de mesure tridimensionnelle, et telle se rapporte plus particulierement à une tête de mesure susceptible d'être fixee sur une machine à mesurer, et prévue pour recevoir au moins un palpeur de mesure. De tels dispositifs sont destinés à equiper des machines à mesurer de toutes les catégories de précision, et éventuellement des machines à usiner. D'une façon générale, ces dispositifs permettent de suivre en continu la surface d'une pièce à mesurer et ils délivrent de maniere analogique des signaux de mesure représentatifs de la position du point de la surface effleuré par l'extrémité d'un palpeur. Un tel dispositif est décrit par exemple dans le modèle d'utilité allemand 72 31 8?7. Il comprend au moins un palpeur de mesure suspendu au moyen d'un dispositif de suspension de façon à pouvoir se déplacer selon trois directions orthogonales relativement à un bâti, ce dispositif de suspension comprenant, pour chaque direction de déplacement, deux ponts mobiles paralèllement l'un par rapport à l'autre, et raccordés par deux éléments de liaison rigides, articules en rotation sur les ponts de façon à former avec eux un paralle- logramme deformable, et un capteur de mesure prevu pour mesurer le déplacement relatif des deux ponts.Toutefois, dans ce dispositif, les différents ponts mobiles sont placés en serie l'un sous l'autre, ce qui accroît l'encombrement de l'ensemble. De plus, les différents capteurs de déplacement associés à chaque direction sont groupés à la partie supérieure du dispositif, ce qui nécessite des moyens de transmission complexes pour transmettre le déplacement des différents ponts mobiles vers les capteurs de déplacement. Un autre dispositif de mesure du type de celui de l'invention est decrit dans la demande de brevet français 2 311 275. Ce dispositif est plus compact que le précédent, puisqu'il est formé de ponts mobiles reliés deux à deux par des lames élastiques et imbriques les uns dans les autres pour former un parallélépipède. Toutefois, là encore, les différents capteurs de déplacement sont groupés à la partie supérieure du dispositif, les lames élastiques formant les côtés de chaque parallélogramme déformable ne permettant pas de servir de support à ces capteurs, ni d'ailleurs à d'autres dispositifs qui pourraient être utiles, comme notamment des dispositifs de blocage de certaines directions de déplacement du palpeur, ou des dispositifs permettant de limiter ses oscillations.Un autre incon vénient de ce dispositif, lié à l'utilisation de lames élastiques reliant deux à deux les ponts mobiles l'un parallèlement à l'autre, réside dans le fait que la résistance des différents parallélogram- mes à la torsion ainsi que la force de rappel qu'ils exercent sur le palpeur sont directement liées aux dimensions et aux caractéristiques mécaniques des lames élastiques utilisees, et ne peuvent donc pas être definies arbitrairement. C'est pourquoi, l'objet dé la présente invention est de proposer un dispositif de mesure tridimensionnelle compact, dans lequel les différents parallelogrammes déformables utilisés soient imbriqués les uns dans les autres, mais en utilisant des éléments de liaison entre les ponts mobiles parallèlement l'un par rapport a l'autre qui soient parfaitement rigides, et articulés auxdits ponts par une articulation de rotation quelconque, les forces de rappel du dispositif dans une position de référence n'étant plus définies par l'élasticité des- articulations; mais, au moins pour deux directions de déplacement, par le seul poids des parallélogrammes formés. En outre, le dispositif de l'invention permet de monter à l'intérieur même du volume delimité par les parallélogrammes imbriqués non seulement tous les capteurs de mesure de déplacement, mais également des dispositifs permettant de tarer la force de rappel exercée sur l'extrémité du palpeur, et des moyens pour bloquer à volonté certaines de ses directions de déplacement. Selon un autre avantage essentiel de l'invention, le dispositif de mesure propose est susceptible de recevoir un grand nombre de pal peurs de mesure s'étendant non seulement à la partie inférieure du dispositif, mais également latéralement dans au moins deux directions perpendiculaires. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante, faite en référence aux dessins joints, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation du dispositif; - tes figures 2 à 6, et 8, sont des vues identiques à celle de la figure 1, sur lesquelles certains éléments particuliers ont été représentés de manière distinctive; - la figure 7 est une vue en plan d'un dispositif limiteur inclu dans l'appareil selon l'invention; et - les figures 9 et 10 sont respectivement une vue en plan et une vue latérale perpendiculaire à celle de la figure 1 du dispositif selon l'invention. Comme on le voit au mieux dans les figures 1, 9, et 10, le dispositif comporte un bâti 1, susceptible d'être assujetti par exemple à une machine à mesurer. L'ensemble du mécanisme du dispositif est relie au bâti 1, et enferme dans un boîtier, par exemple de forme hexagonale, fermé par des parois 2. Le dispositif représente permet d'assurer la suspension dans le boîtier d'un palpeur non représenté, susceptible d'être fixé à l'un ou l'autre des cinq éléments porte-palpeurs, dont alun, 4, permet la mise en place d'un ou plusieurs pal peurs à la partie inférieure du boitier, tandis que les autres éléments porte-palpeurs 5 et 6, 7 et 8 permettent la mise en place de pal peurs de part et d'autre des faces latérales du boîtier, selon deux directions orthogonales.Le boîtier est hermétiquement fermé, et son étanchéité à la poussiere au niveau des sorties des pal peurs est assuree par des soufflets élastiques 9. Comme on le verra plus en detail dans ce qui suit, le dispositif de suspension inclus dans le boîtier comporte, pour chaque direction de déplacement, deux ponts mobiles parallèlement l'un par rapport à l'autre, et reliés par deux éléments de liaison rigides articulés en rotation sur les ponts, de façon à former avec eux un cadre deformable. Les articulations choisies pour le mode de réalisation décrit sont constituées de lamelles élastiques croises, mais d'autres modes de réalisation d'articulations pourraient tout aussi bien etre utilisés, comme par exemple des paliers lisses, des paliers à billes, des paliers équipés de roulements à billes, ou des paliers flexibles à lames non croisées. Dans le cas de lames croisées, deux pièces articulées l'une sur l'autre sont reliées par deux lamelles élastiques, placées l'une à côte de l'autre ou imbriquées, et montées perpendiculairement, chacune étant fixees de maniere amovible à chacune des pièces reliées, par exemple, par deux vis. Dans la figure 2 on a représenté au moyen de hachures les éléments du dispositif de suspension assurant le déplacement selon la direction x, d'un palpeur de mesure. Ces éléments comprennent un premier pont supérieur Il faisant corps avec le bâti 1, et un premier pont inferieur 12. Ces deux ponts sont reliés par des éléments de liaison rigides verticaux 13, 14, articulets sur les ponts 11 et 12 au moyen des articulations à lames élastiques croisées 15. De cette manière, le premier pont inférieur 12 se deplace parallèlement au premier pont supérieur 11, et il est ramené vers une position d'équilibre de référence du fait de la gravité, la force de rappel élastique des articulations à lames croisées n'étant pas nécessaire pour cela. Dans la figure 3 on a représenté par des hachures un pont d'inversion forme par les éléments 18 liés rigidement au premier pont inférieur 12. Le pont d'inversion 18 permet simplement de ramener le mouvement du premier pont inférieur 12 vers la partie supérieure du dispositif, pour permettre de disposer les éléments de suspension associés à la deuxième direction de déplacement, y, ega- lement de facon que la force de gravité exerce sur eux le même effet de rappel que pour la première direction de déplacement, x. Dans la figure 4, on a représenté les éléments du dispositif de suspension assurant le déplacement selon la direction y des pal peurs de mesure. Ces éléments comprennent un deuxieme pont supérieur 20, rigidement assujetti au pont d'inversion 18, et disposés dans l'espace séparant les premiers ponts 11 et 12 et un deuxième pont inférieur 21. Les ponts 20 et 21 sont reliés à des éléments de liaison rigides 22 comme précédemment par des articulations à lames croisées 23. Sur cette figure, on distingue clairement que les éléments de liaison 22, rigides, peuvent être de forme quelconque, et notamment ajourés pour permettre le passage d'un élément portepalpeurs vers l'une des parois latérales du boitier. Enfin, on a représenté dans la figure 5 les éléments de suspension permettant d'assurer le déplacement selon l'axe z des différents palpeurs de mesure. A cet effet, le dispositif comprend un premier pont latéral 28 relié rigidement au deuxième pont 21, et un deuxième pont latéral 24, relié au precédent par des éléments de liaison 25 articulés sur les ponts par des paliers à lames croisées 26. Le deuxième pont latéral 24 sert de support aux différents éléments porte-palpeurs. Pour des raisons de commodité, le deuxième pont latéral 24 présente une projection 27 s'étendant jusqu'au voisinage du centre du dispositif, pour servir de support aux éléments porte-palpeurs inferieurs et latéraux non situés à pro ximité immédiate de la partie verticale du pont latéral 24. De la même façon, pour permettre le passage de l'seulement porte-palpeurs inférieur 4, l'élément de liaison inférieur 25 définit sensiblement une forme de triangle, dont le sommet est articulé en un point du deuxième pont latéral 24, et dont la base est raccordée aux deux extrémités latérales du premier pont lateral 28, le centre du triangle étant ainsi libéré. Normalement, la position de repos des éléments de suspension associés à la direction z est définie uniquement par la réaction des lames des paliers à lames croisées 26, et les efforts appliqués par les soufflets d'étanchéité 9. C'est pourquoi il est prévu de soulager ces éléments au moyen d'un dispositif d'équilibrage exerçant sur le deuxième pont latéral 24 une force qui s'oppose à son poids, de manière à le solliciter vers sa position de référence. La manière la plus simple de réaliser cet équilibrage est représentée par les lignes en traits mixtes de la figure 5, qui représentent un contrepoids 30 relié aux éléments de liaison 25. Lorsque le contrepoids est relié aux deux éléments 25, il convient de le raccorder au moyen d'articulations en rotation sur ces pièces, pour conserver la géométrie de l'ensemble, mais dans le cas ou le contrepoids n'est relié qu'à un seul élément intermédiaire, une liaison rigide est suffisante. Alternativement, le contrepoids pourrait également être remplacé par un moteur exerçant une traction reglable sur un ressort agissant sur le pont latéral (24). Dans la figure 6 on a représente au moyen de hachures la position des différents transducteurs 35, 36 et 37, permettant la mesure du déplacement des pal peurs selon les directions x, y, z respectivement. Ces capteurs de mesure sont constitues de préférence par des capteurs inductifs, comprenant d'une part une bobine solidaire de l'un des ponts associes à chaque direction de déplacement, et dans laquelle plonge un noyau en ferrite solidaire de l'autre pont, qui se deplace parallèlement au premier. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le dispositif est muni, pour chaque dispositif de déplacement, d'un dispositif limiteur prevu pour limiter les oscillations du palpeur dans cette direction de deplacement3 et lui assigner une position de repos et pour définir la force d'appui du palpeur sur la surface à mesurer nécessaire pour provoquer un déplacement du palpeur. Comme on le voit au mieux dans la figure 7, un dispositif limiteur comprend deux pièces d'appui 40, 41, montees sur l'un des ponts associes à une direction, de façon à pouvoir être déplacées dans cette même direction. Par exemple, les pièces d'appui 40, 41, en forme de n, coulissent sur des axes 42, et sont sollicitées l'une vers l'autre sous l'effet de ressorts 43 traversés par les axes 42.Les pieces d'appui 40 et 41 s'appuient sous l'effet des ressorts 43 de part et d'autre de butées de positionnement 44 fixes, définissant la position de repos des pièces 40 et 41. En outre, une ou plusieurs goupilles mobiles 45, qui sont reliées au deuxieme pont du dispositif de suspension associé à la direction déterminée, sont disposées de manière à déplacer l'une ou l'autre des pieces d'appui 40 et 41 à l'encontre de la force exercée par les ressorts de rappel 43, lorsque le pal peur se deplace dans la direction concernée. Ainsi, les oscillations intempestives du palpeur sont évitées, puisqu'une force supérieure à celle définie par le ressort 43 est nécessaire pour le déplacer, dans l'un ou l'autre sens. La forme en n des pièces d'appui 40 et 41 est particulierement intéressante, dans la mesure ou elle permet de libérer au centre un passage, par exemple pour un élément porte-pal peur. Enfin, on notera que les axes 42 ne sont pas absolument necessaires, mais qu'ils sont utiles pour éviter un dérèglage du dispositif en cas de choc. Enfin, le dispositif de la figure 7 comporte en outre des moyens de blocage permettant de bloquer temporairement les pièces d'appui 40 et 41, et ainsi d'interdire la direction de déplacement correspondante du palpeur. Ces moyens de blocage comportent une couronne 48 susceptible d'être entrainée en rotation, par exemple au moyen d'un pignon 49 actionné par un moteur électrique, entre une position libre, représentée dans la figure, où les pieces d'appui sont libres de se déplacer en s'écartant des butées de positionnement 44, et une position de blocage, dans laquelle des butées de blocage 50 viennent se déplacer, dans la direction des flèches 51, pour se mettre dans la trajectoire des pièces d'appui 40, 41, et ainsi interdire leur déplacement. Bien entendu, des dispositifs limiteurs sont de préférence prevus pour chaque direction de déplacement du palpeur, et la figure 8 fait ressortir plus précisément leur implantation, et celle des moteurs électriques associes, à l'intérieur du dispositif selon l'invention. Bien entendu, en mode de fonctionnement, le dispositif selon l'invention doit être relié à un dispositif de commande, par exemple au moyen des broches 55, 56 de la figure 9, de façon à commander les différents moteurs assurant le blocage ou la libération des axes de déplacement du palpeur, et à recueillir les signaux émis par les capteurs de mesure de déplacement, par exemple pour utiliser ces signaux pour piloter les déplacements de la machine à mesurer elle-même. Bien qu'elle ait été décrite en relation avec l'un de ses modes de réalisation particulier, la présente invention ne s'y trouve nullement limite, mais elle est au contraire susceptible de faire l'objet de nombreuses modifications et variantes qui apparaîtront a l'homme du metier. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure tridimensionnelle, comprenant au moins un palpeur de mesure suspendu au moyen d'un dispositif de suspension de façon à pouvoir se déplacer simultanément selon trois directions orthogonales (x, y et z) relativement à un bâti (1), ce dispositif de suspension comprenant, pour chaque direction de déplacement, deux ponts mobiles parallèlement l'un par rapport à l'autre et raccordés par deux éléments de liaison rigides articulés en rotation sur les ponts de façon à former avec eux un cadre déformable, et un capteur de mesure prevu pour mesurer le déplacement relatif des deux ponts, caractérisé en ce que le dispositif de suspension comporte pour la première direction (x) un premier pont supérieur (11) solidaire du bâti et un premier pont inférieur (12), pour la deuxième direction (y) un deuxième pont supérieur (20) raccordé rigidement au premier pont inférieur (12), et un deuxième pont inférieur (21), ces deuxièmes ponts etant disposés dans l'espace séparant les premiers ponts, et pour la troisième direction (z) un premier pont latéral (28) raccordé rigidement au deuxième pont inférieur (21), et un deuxième pont lateral (24) sur lequel est assujetti ledit palpeur de mesure, qui est ainsi sollicite vers une position de référence dans les deux premières directions sous l'effet de la gravité. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le palpeur de mesure est sollicité vers une position de référence dans la troisième direction sous l'effet d'un dispositif d'équilibrage exerçant sur le deuxième pont latéral (24) une force s'opposant à son poids. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'équilibrage comporte un contrepoids (30) relié aux éléments de liaison (25) raccordant les deux ponts latéraux. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'équilibrage comporte un moteur réglant l'effort de traction d'un ressort agissant sur le deuxième pont latéral. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième pont latéral (24) comporte une projection (27) s'etendant jusqu'au voisinage du centre du dispositif, et qui sert de support à au-moins deux éléments porte-palpeurs (4, 5, 6, 7, 8) servant au montage de pal peurs de mesure s'étendant à l'extérieur du dispositif dans des directions différentes. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que I'elément de liaison (25) raccordant à leur partie inférieure les deux ponts lateraux (28, 24) définit sensiblement une forme de triangle, le sommet etant articulé en un point sur le deuxieme pont latéral (24), et la base aux deux extremites du premier pont latéral (28), le centre étant dégage pour laisser le passage à un élément port-palpeurs inférieur (4). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu il comporte au moins un dispositif limiteur prevu pour limiter les oscillations du palpeur dans l'une de ses directions de déplacement et lui assigner une position de repos et pour définir sa force d'appui sur la surface d'une pièce à mesurer, ce dispositif limiteur comprenant deux pièces d'appui (40, 41) montées sur l'un des ponts associes à cette direction de façon à pouvoir se déplacer dans cette même direction, sollicitées l'une vers l'autre sous l'effet de ressorts (43) et appuyées de part et d'autre de butées de positionnement (44) fixes par rapport à ce pont, et au moins une goupille (45) fixe par rapport au deuxième pont associé à cette direction et agissant sur lesdites pièces d'appui lors des déplacements du palpeur dans cette direction pour les deplacer de part et d'autre de leur position de repos en appui contre les butées de positionnement. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les pieces d'appui (40, 41) présentent la forme d'un a et sont. placées de manière à définir un passage entre elles. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que le-dispositif limiteur comporte en outre des moyens de blocage pour bloquer temporairement les pièces d'appui contre les butées de positionnement. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de blocage comportent une couronne (48) munie de butées de blocage (50), et susceptible d'être entraînée en rotation entre une position de blocage ou les butees de blocage sont disposées sur la trajectoire des pièces d'appui pour les empêcher de quitter leur appui contre les butees de positionnement, et une position libre où les butées de blocage sont écartées de la trajectoire des pieces d'appui. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couronne est entraînée au'moyen d'un moteur électrique. 12. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif limiteur pour chaque direction de déplacement du palpeur.