Brevet FR2537269A1 — publié le 19840608

Dispositif de mesure pneumatique des dimensions d'une pièce La présente invention concerne un dispositif de mesure pneumatique des dimensions d'une pièce, et elle se rapporte plus particulièrement a un tel dispositif pour réaliser des mesures selon le procede de mesure par pression différentielle définie par la norme DIN 2271. Comme on le voit dans la figure 1, ce procédé consiste a alimenter par l'intermédiaire d'un régulateur de pression 1 un circuit pneumatique comprenant une première branche 2 munie d'une buse d'entrée 3 et d'une broche de mesure 4 susceptible par exemple d'être introduite dans un alésage 5 dont le diamètre doit être me suré, ainsi .qu'une deuxième branche 6 munie d'une buse d'entrée 7 debouchant dans une buse de référence 8, dont le débit peut être réglable Un transducteur de pression 9 branché entre les branches 2 et 6 délivre un signal électrique représentatif de la différence des pressions régnant dans ces branches, qui est amplifié par un dispositif amplificateur 10 avant d'être fourni par exemple à un dispositif indicateur 11.Il est clair ainsi que si la broche 4 est introduite dans un alesage plus grand par exemple, la- pression regnant dans la branche 2 sera -réduite, et la variation de la pression différentielle détectée par le transducteur 9 sera représentatif de l'augmentation du diamètre de l'alésage 5. L'intérêt essentiel du montage différentiel est d'absorber automatiquement des variations parasites de pression, dues par exemple au fonctionnement du régulateur de pression 1, ou à des effets de temperature. Dans les dispositifs connus, on utilise un transducteur dans lequel par exemple le déplacement d'une membrane est détecté par un capteur inductif associé à cette derniere. Toutefois, on observe dans le signal délivré par ce type de transducteurs un signal de bruit qui se superpose au signal représentatif de la dimension mesuree et dont l'amplitude trop importante exclut l'utilisation des systèmes connus pour un certain nombre de mesures de précision. En outre, on constate que les systèmes connus sont généralement très sensibles aux vibrations, en raison de la présence d'éléments mécaniques mobiles dans le transducteur, ce qui peut conduire à des perturbations ou des erreurs dans la mesure. C'est pourquoi il est nécessaire de loger la plupart des éléments du circuit pneumatique, y compris les buses d'entrée et de référence ainsi que le transducteur dans un boîtier separe, auquel la broche de mesure est raccordée par un conduit, englobant un volume important d'air, ce qui provoque un allongement important de la constante de temps du dispositif de mesure. Un autre désavantage encore des dispositifs connus réside dans la difficulté de leur réglage. En particulier le réglage de la sen sibilitc de la mesure est obtenu par des modifications de la geometrie des buses, qui peuvent entraîner à leur tour un déplacement de la caractéristique linéaire du dispositif de mesure, et du zéro du signal électrique de mesure. C'est pourquoi, l'objet de la presente invention est de proposer une amélioration des dispositifs connus, qui permettent de réduire considérablement le bruit de mesure, de même que la constante de temps et la sensibilite aux vibrations, tout en autorisant un réglage simple et indépendant de la sensibilité du dispositif et de zéro du signal de sortie. A cet effet, on prévoit d'utiliser un transducteur de pression différentielle à éléments semi-conducteurs. Le faible volume de ce transducteur permet, entre autres avantages, de disposer l'ensemble du transducteur et du circuit pneumatique l'interieur même de la broche de mesure, tout en gardant la liberté de définir le circuit pneumatique de manière optimale, de façon à limiter au maximum- la production de bruit de mesure. En outre, cette solution permet d'obtenir un dispositif de mesure totalement insensible aux vibrations, et dont la constante de temps, de l'ordre d'un dixieme de seconde, est suffisamment faible pour permettre de réaliser des mesures extrêmement rapides, par exemple entre deux pénétrations dans une piece d'un outil d'usinage oscillant, ou de mesurer des surfaces discontinues d'une pièce en mouvement. Ces objets et d'autres encore qui apparaitront à la lecture de la description suivante, sont réalisés selon l'invention en prévoyant d'utiliser un transducteur de pression à élément semi-conducteur. Bien entendu, de tels transducteurs sont connus en eux-mêmes, mais jusqu'ici les avantages qui pouvaient découler de leur utilisation dans un dispositif de mesure pneumatique n'avaient pas éte clairement reconnus. L'intérêt essentiel de cette solution est de permettre de loger l'ensemble du circuit pneumatique avec le transducteur de pression différentielle intégralement à l'intérieur d'une broche de mesure. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue schematique d'un dispositif de mesure pneumatique de l'art antérieur; - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un dispositif de mesure selon une première variante de l'invention; - la figure 3 est une représentation en coupe partielle d'une autre variante du dispositif de mesure selon l'invention; - la figure 4 est une representation schématique d'une autre variante encore du dispositif de mesure selon l'invention; et - la figure 5 est un schéma d'un circuit d'alimentation et de commande d'un transducteur d'un dispositif de mesure selon l'invention. Dans la figure 2 on a représenté une broche de mesure 12 dont l'extrémité est engagee dans l'alésage 13 d'une pièce 14. Le dispositif de mesure pneumatique est entièrement inclu dans la broche 12, et il comporte notamment une première branche 15 délimitée par une buse d'entrée 16 et deux buses de mesures 17 disposées symétriquement de part et d'autre de l'extrémité cylindrique 18 de la broche 12, en regard des parois de l'alésage 13 à mesurer. Une deuxième branche 19 est délimitée par une buse d'entrée 20, et une buse de référence 21, qui peut être reglable. La différence de pression entre les branches 15 et 19 est captee par un transducteur de pression différentielle à élément semi-conducteur 22, relie électriquement à une borne de branchement 23 permettant d'alimenter le transducteur 22, et de recueillir le signal représentatif de la pression différentielle entre les branches 15 et 19 du circuit pneumatique. Une conduite 24 permet de raccorder les buses d'entrée 16 et 20 à une source de pression regulee exterieure. Le transducteur de pression différentielle à élément semi-conducteur 22 utilise dans le dispositif de mesure est constitué essentiellement d'une plaquette semi-conductrice dans laquelle a été réalisée une membrane par des procédés d'usinage chimique, ainsi qu'un pont de piezo-résistances formes sur la membrane, ainsi que des éléments amplificateurs formés sur la plaquette. De tels-transducteurs de pression, et leur fabrication sont décrits par exemple dans la demande de brevet français 2 266 314, et ils sont distribués en particulier par les sociétés dites National Semi-conductor Corporation, ou Honeywell. Le faible volume du transducteur 22 permet très acilement de l'intégrer à la broche de mesure 12, de manière à réduire de façon extrèmement importante le volume de l'air circulant dans le circuit pneumatique.En outre, les branches 15 et 19 du circuit pneumatique dont les pressions sont comparées sont disposées à proximité immediate l'une de l'autre, et soumises par conséquent à la même température, ce qui elimine en grande partie les influences de la température. Selon un autre aspect de l'invention, il est apparu intéressant de dimensionner la buse de référence 21 de telle maniere que la pression différentielle entre les deux branches soit nulle au moment où les dimensions de la pièce 14 atteignent leur valeur de consigne. En effet, la stabilité et la précision de la mesure des dimensions sont maximales lorsque cette pression différentielle est voisine de zero et la disposition précédente permet de s'assurer que la precision maximale est obtenues, par exemple en cours d'usinage, lorsque l'on s'approche des dimensions de consigne. Dans la figure 3 on a représenté une variante de construction de la broche de mesure 12 de la figure 2, dans laquelle l'extrémité de cette broche est munie d'un embout amovible 25. Cet embout est par exemple visse à l'extrémité de la broche 12, et il comporte une conduite 26 permettant de raccorder deux buses d'extrémité 27 à la buse d'entree 16 et au transducteur 22. Ainsi, la même broche de mesure 12, avec les avantages qui en résultent, peut être utilisé pour mesurer le diamètre d'un alésage de faible dimension 28 dans une pièce 29. Un joint annulaire 30 assure l'étanchéité de la pre mière branche du circuit pneumatique. Dans la figure 4 on a représenté une broche 12 identique à celle de la figure 2, mais qui est adaptée de manière à permettre la rectification d'un alesage apparié aux dimensions d'un arbre détermine 35. A cet effet, on utilise un anneau de mesure 36, d'un type classique, qui constitue l'équivalent d'une broche de mesure pour mesurer le diamètre d'un arbre. Il existe également des étriers n'entourant que partiellement l'arbre mesure, mais qui remplirait la même fonction. De tels dispositifs sont définis par exemple dans la norme DIN 2271, partie 2. Selon l'invention, l'anneau de mesure 36 est relie directement par une conduite 37 à l'extrémité de la branche 15 du circuit pneumatique du dispositif inclu dans la broche 12. Ainsi, le transducteur 22 permet une mesure comparative des diamètres de l'alésage 13 et de celui de l'arbre 35. Dans la figure 5 on a représenté de façon schématique un circuit de commande du transducteur de pression différentielle utilisé dans le dispositif de l'invention. Ce transducteur est schématise dans le cadre en traits pointillés 40 par un pont de piézo-résistances 41 qui sont alimentées par l'intermédiaire d'une alimentation 47, de préférence une source de courant. Un amplificateur opérationnel 42 dont l'une des entrées est commande par l'intermédiaire d'un potentiomètre réglable 43 permet d'assurer le reglage du zéro du signal de sortie, tandis que le gain de l'amplification est défini par le potentiomètre 44 qui agit sur l'amplificateur 45, à la sortie 46 duquel peut être recueilli le signal représentatif de la dimension mesurée. Les.caractéristiques dimensionnelles et dynamiques du dispositif de mesure selon l'invention lui permettent de s'appliquer à de nombreux types de mesures dans le domaine de l'usinage de pièces. En particulier il est particulièrement bien adapté pour être monté à l'intérieur de la poupée porte-pièce d'une rectifieuse intérieure, et relié cinématiquement à la poupée porte-outil, de manière à effectuer une mesure de diamètre de I'alésage de la pièce rectifiée lors de chaque oscillation de l'outil, et de permettre ainsi de régler en continu l'avance de la meule, tout au long de l'opération de rectification, et de l'arrêter lorsque la dimension nominale de l'alésage est atteinte. Bien qu'elle ait été décrite en relation avec certains de ces modes de réalisation particuliers, la présente invention ne s'y trouve nullement limitée, mais elle est au contraire susceptible de faire l'objet de nombreuses modifications et variantes qu'apparaî- tront à l'homme du métier. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure pneumatique des dimensions d'une pièce, comprenant notamment un circuit pneumatique comportant une première branche (15) munie d'une buse d'entrée (16) et d'au moins une buse de mesure (17) et une deuxième branche (19) munie d'une buse d'entrée (20) et débouchant dans une buse de sortie de référence (21), un transducteur de pression (22) délivrant un signal électrique représentatif de la différence des pressions régnant dans les deux branches du circuit pneumatique, une broche de mesure (12) à la surface de laquelle débouche la/les buses de mesure, et des moyens (24) pour raccorder les buses d'entrée à une source de pression régulée, caractérisée en ce que le transducteur de pression est un transducteur de pression différentielle à élément semiconducteur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit pneumatique et le transducteur de pression différentielle à élément semi-conducteur sont logés intégralement à l'intérieur de la broche de mesure (12). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la broche de mesure comporte une extrémité cylindrique (18) pour la mesure du diamètre d'un alésage, et en ce que deux buses de mesures symetriques (17) debouchent en deux endroits opposés de l'extrémité cylindrique. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, pour la mesure du diamètre d'un alésage, caractérisé en ce que la buse de référence (21) et les deux buses d'entree (17) sont dimensionnees de manière qu'il s'établisse une pression sensiblement égale dans lesdites deux branches (15, 19) du circuit pneumatique lorsque le diamètre de l'alésage (13) présente une valeur nominale prédtermi- née. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la broche de mesure comporte un embout interchangeable (25), dans lequel Sont logées la ou les buses de mesure (27). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, pour la rectification d'un alésage apparié aux dimensions d'un arbre determine (35), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un anneau ou un étrier (36) de mesure pneumatique du diamètre de cet arbre.