Brevet FR2581753A1 — publié le 19861114

APPAREIL DE CONTROLE DE RUGOSITE PAR VOIE OPTIQUE La présente invention se rapporte à un appareil de contrôle de la rugosité d' une pièce comprenant d' une part un capteur présentant un ensemble optique formé dun systè:e de lentilles associé à un composant d' émission de lumière émettarlt un faiscéau de lumière sur la pièce par l'intermédiaire dudit système et à un photodétecteur recevant le faisceau réfléchi par l'intermédiaire dudit système, et d' autre part une unité électronique traitant le signal délivré par ledit photodétecteur. Il existe déjà des appareils de mesure par voie optique de la rugosité d' une surface rugueuse diffusante. On connatt en particulier un appareil comprénant un capteur composé d' une optique (système de lentilles) associée à un émetteur de lumière infrarouge et à un photodétecteur. Un faisceau venant de 1' émetteur est dirigé par l' optique sur la pièce qui réfléchit la lumière. Le faisceau réfléchi est repris par l' optique et dirigé sur le photodétecteur. Le capteur est relié à une électronique qui traite l'information fournie par le photodétecteur de manière à fournir une valeur fonction de la quantité de lumière réfléchie représentative de la rugosité. L' appareil selon 1' invention a pour but d'évaluer la rugosité d' une pièce de manière comparative. L' évaluation est effectuée sans contact du capteur avec la pièce mais avec une garantie de position, le capteur étant monté à cet effet sur un support venant au contact de la pièce. t' appareil opère par voie optique en utilisant la réflexion de la lumière sur la surface de la pièce à contrôler. Il permet un suivi de fabrication simple et rapide en avertissant l' opérateur d' une défaillance de sa machine. Cet appareil présente de nombreux avantages. Il s' adapte à des surfaces différentes (surfaces planes, convexes, concaves). Il est simple d utilisation et ne demande aucune connaissance métrologique. Il permet une évaluation facile de la rugosité. Il est simple et peu onéreux du fait de la simplicité du capteur et de l' unité de traitement électronique. Il est robuste du fait de l'absence de partie en ;nouve nent et cc la protection du capteur. Il présente un encombrement réduit. Il peut être automatise. L' appareil selon l'invention est caractérisé par le fait que l' ensemblc optique est monté sur un support pourvu de moyens pour maintenir ledit ensemble à une distance fixe de la pièce et de manière que l' axe optique du système de lentilles soit perpendiculaire à la surface de la pièce, que le photodétecteur présente une surface sensible n' interceptant qu' une partie du faisceau réfléchi et que l' unité électronique comporte des moyens pour traiter le signal délivré par le photodétecteur de manière à délivrer un signal qui contrôle l'illumination de barrettes de diodes. Selon une caractéristique, 1' unité de traitement comporte un amplificateur à courant continu à deux entrées dont Il une reçoit un signal traité venant du photodétecteur et dont l' autre reçoit un signal de référence qui est réglable à l' aide d' un potentiomètre d' étalonnage et dont le gain est réglable à Il aide d' un commutateur de gain. Selon une caractéristique, l'unité de traitement comporte un générateur d' impulsions qui alimente le composant d' émission de lumière. Selon une caractéristique, le capteur présente un système de lentilles présentant une partie centrale composée de lentilles en forme de secteurs et des lentilles périphériques dirigeant le faisceau réfléchi sur des photodétecteurs périphériques. L' invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à des modes de réalisation donnés à titre d' exemples et représentés par les dessins annexés sur lesquels - la figure l est une vue d' ensemble de l' appareil selon l'invention montrant un mode de réalisation du capteur optique et 1' unité de traitement associée - la figure 2 est une vue extérieure d' un second mode de réalisation du capteur - la figure 3 est une vue extérieure du un troisième mode de réalisation du capteur - la figure 4 est une coupe d un mode de réalisation de la partie optoélectronique du capteur - la figure 5 est une coupe selon V-V de la figure 4 - la figure 6 est une coupe d' un second mode de réalisation de la partie optoélectronique du capteur - la figure 7 est une coupe d'un troisième mode de réalisation de la partie optoélectronique du capteur - la figure 8 est une coupe selon VIII-VIII de la figure 7 - la figure 9 représente trois graphiques donnant chacun l'intensité lumineuse I réfléchie par la surface rugueuse diffusante en fonction de l' angle de réflexion r par rapport à la normale à la surface, les figures 9a, 9b, 9c correspondant à des pièces de rugosités croissantes - la figure 10 est un schéma de l'électronique de l'unité de traitement. En se référant aux dessins, l' appareil comporte un capteur optique I relié par un câble 2 à une unité de traitement et de visualisation électronique 3 logée dans un boîtier 31. cet appareil est destiné à contrôler la rugosité d' une pièce 4 par rapport à des étalons qui sont constitués par des pièces du même type que les pièces à contrôler. Dans le cas de surfaces à contrôler planes, les étalons sont disposés sur une plaquette étalon 5 plane comportant des plages 51 de rugosités différentes. Le capteur 11 illustré par les figures se compose d'une monture 111 contenant la partie optoélectronique et d'une embase d' appui 112 servant à maintenir le capteur à une distance fixe prédéterminée de la pièce à contrôler 4 de manière que l'axe 12 de la monture soit perpendiculaire à la surface. A cet effet l'embase 112 est pourvue de portées d'appui s' appliquant contre la surface de la pièce à contrôler. t' embase présente une fenêtre 13 permettant le passage du faisceau lumineux incident et du faisceau lumineux réfléchi. Dans le support 11 illustré par la figure 1 l'embase 112 comporte des billes d'appui 14 qui sont disposées de part et d' autre de la fenêtre 13, sur la face avant de 1' embase. Ce support est adapté à des surfaces concaves. Les supports illustrés par les figures 2 et 3 sont adaptés à des surfaces convexes. Le support de la figure 2 présente une embase 112 dont la face avant a une forme en V. Le support illustré par la figure 3 présente des billes d' appui 14 sur la face avant de 1' embase. Pour le contrôle des pièces planes, le support a une forme cylindrique et présente à 1' avant une surface plane. L' ensemble optoélectronique du capteur est illustré sur les figures 4 à 8. Cette partie optoélectronique comprend un système de lentilles 15 associé à un composant d'émission de lumière 16 qui est une diode émettrice de lumière (diode électroluminescente) et à un ou plusieurs photodétecteurs 17 qui sont des phototransistors. Le composant d'émission de lumière 16 et le ou les photodétecteurs 17 sont placés d'un même côté du système à lentilles 15. La diode émettrice de lumière 16 émet un faisceau qui après traversée du système de lentilles 15 est diffusé sur la surface rugueuse de la pièce. Le faisceau réfléchi, après traversée du système de lentilles 15 est reçu par le ou les photodétecteurs 17. Le photodétecteur 17 présente une surface sensible n' interceptant qu'une partie du faisceau diffusé. En se référant à la figure 9, le photodétecteur 17 reçoit 1' équivalent de la surface hachurée. Ce système de lentilles 15 est constitué de lentilles en forme de secteurs s' étendant dans un même plan. Dans le mode de réalisation des figures 4 et 5, le système de lentilles 15 est délimité par des surfaces sphériques s'étendant chacune sur un secteur demi-circulaire. Les faisceaux situés entre 1' optique et la pièce sont parallèles ce qui permet de couvrir une surface importante en attenuant un défaut ponctuel et convient bien à des surfaces planes. Dans le mode de réalisation de la figure 6, le système de lentilles 15 est délimité d'un côté par des surfaces sphériques s' étendant chacune un secteur demi-circulaire et de 1' autre côté par une seule surface sphérique s' étendant sur la totalité de la section. Cette conseption à faisceaux focalisés permet de renvoyer le maximum de signal indépendamment du profil de la pièce et est adapté à des surfaces à contrôler courbes, concaves ou convexes. Dans le mode de réalisation des figures 7 et 8, le système de lentilles 15 se compose d'une partie centrale 151 du type de la figure 6 et de lentilles périphériques 152 entourant la partie centrale. Cette conception permet de traiter les rayons réfléchis hors du photodétecteur central 17 grâce à des photodétecteurs satellites 18 disposés autour de la diode émettrice 16 et du ou des photodétecteurs 17. L' unité de traitement et de visualisation 3 assure 1' alimentation du capteur 1 et le traitement du signal fourni par ce capteur. Elle cornporte un circuit d' alimentation et de régulation 32 fournissant par les conducteurs 321, 322 une tension continue régulée (12 volts) à des circuits 33, 34, 35, 36. La diode émettrice de lumière 16 est alimentée par un générateur d' impulsions 33 qui est alimenté par le circuit de régulation 32. Ce générateur d'impulsions 33 hache le courant continu à la fréquence de 2 kHz dans le but d'amplifier l'alimentation de la diode 16 et de filtrer le signal de retour pour éliminer les parasites. La diode émettrice 16 émet un flux lumineux impulsionnel à la manière d'un clignotant. Le photodétecteur 17 délivre un signal proportionnel à la quantité de lumière reçue. Le photodétecteur 17 est connecté à un circuit de réception d'impulsions 34 qui amplifie le signal de sortie du photodétecteur par un amplificateur 341 et l'injecte dans un circuit de sélection et d' amplification de gain 35. Ce circuit 35 comporte un amplificateur à courant continu 353 qui est attaqué sur une entrée par le signal délivré par le circuit 34 et sur 1' autre entrée par un signal de référence qui est réglable à 1' aide d' un potentiomètre dit d'étalonnage 351, le gain de l'amplificateur pouvant être réglé par un commutateur de gain 352. Ce circuit délivre un signal de commande à un circuit d'affichage 36 comportant des barrettes de diodes 361 et 362 qui travaillent par glissement. Les deux barrettes de diodes sont de deux couleurs différentes. L' une est verte, l'autre est rouge par exemple.Les diodes vertes définissent les pièces bonnes avec nuances et les diodes rouges définissent les pièces mauvaises avec nuances. Le commutateur de gain 352, le potentiomètre d'étalonnage 351 et les barrettes de diodes 361 et 362 sont montés sur la face avant du bottier 31. Le fonctionnement de 1' appareil va maintenant être expliqué. On prend un capteur avec un support adapté aux pièces à contrôler. Ce support de capteur sera positionné contre un étalon 5 ou contre la pièce 4 dont on veut évaluer la rugosité. La diode électroluminescente 16 émet un flux lumineux haché présentant des extinctions périodiques. Ce flux lumineux est projeté par le système de lentilles 15 sur la surface rugueuse dont on veut évaluer la rugosité. Les rayons lumineux sont réfléchis sur la surface rugueuse et sont dirigés par lé système de lentilles 15 sur le photodétecteur 17. On procède tout d' abord à un étalonnage de 1' appareil pour des surfaces planes, en utilisant la plaquette étalon 5 avec ses plages 51 de rugosités différentes. On choisit une plage 51 dont la rugosité se rapproche de celle des pièces dont on veut contrôler les rugosités. On règle l'illumination des barrettes de diodes 361, 362 en agissant sur le potentiomètre d'étalonnage 351. Si besoin est, on agit sur le commutateur de gain 352 pour amplifier 1' écart de réflexion entre les différentes rugosités. On peut ensuite positionner le capteur contre la pièce à contrôler 4. Une diode de la barrette 361 ou 362 s' illumine, la diode illuminée étant différente selon la rugosité de la pièce contrôlée. Il est bien entendu que 1' on peut sans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et des perfectionnements de détails et de même envisager 1' emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Appareil de contrôle de la rugosité d'une pièce (4) comprenant d'une part un capteur (1) présentant un ensemble optique (12) formé par un système de lentilles (15) associé à un composant d'émission de lumière (16) émettant un faisceau de lumière sur la pièce (4) par l'intermédiaire dudit système et à un photodétecteur (17) recevant le faisceau réfléchi, par l'intermédiaire dudit système, et d' autre part une unité électronique (3) traitant le signal délivré par ledit photodétecteur (17) caractérisé par le fait que 1' ensemble optique (12) est monté sur un support (Il) pourvu de moyens (112) pour maintenir ledit ensemble optique à une distance fixe de la pièce (4) et de manière que 1' axe optique (12) du système de lentilles (15) soit perpendiculaire à la surface de la pièce, que le photodétecteur (17) présente une surface sensible n' interceptant qu'une partie du faisceau réfléchi et que 1' unité électronique (3) comporte des moyens pour traiter le signal délivré par le photodétecteur (17) de manière à délivrer un signal qui contrôle 1' illumination de barrettes de diodes (361, 362). 2. Appareil selon la revendication I, caractérisé par le fait que I' unité de traitement (3) comporte un amplificateur à courant continu (353) à deux entrées dont 1' une reçoit un signal traité venant du photodétecteur (17) et dont 1' autre reçoit un signal de référence qui est réglable à 1' aide d' un potentiomètre d' étalonnage (351) et dont le gain est réglable à l'aide d'un commutateur de gain (352). 3. Appareil selon 1' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que 1' unité de traitement (3) comporte un générateur d'impulsions (33) qui alimente le composant d' émission de lumière (16). 4. Appareil selon 1' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le support (11) comporte une ernbase d'appui (112) portant des billes d'appui (14). 5.- Appareil selon 1' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'embase (112) présente une face avant (113) en forme de V. 6. Appareil selon 1' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le système de lentilles (15) est constitué de lentilles en forme de secteurs s' étendant dans un même plan. 7. Appareil selon 1' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le capteur (1) comporte un système de lentilles (15) présentant une partie centrale (151) composée de lentilles en forme de secteurs et des lentilles périphériques (152) dirigeant le faisceau réfléchi sur des photodétecteurs périphériques (18). 8. Appareil selon 1' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le composant d'émission de lumière (16) est une diode électroluminescente et que le photodétecteur (17) est un photo-transistor.