Brevet FR2580798A1 — publié le 19861024

L'invention concerne un appareil pour déterminer sans contact une distance à l'aide d'une décharge à arc comportant une électrode de mesure et un générateur haute tension opérant par impulsions et électriquement relié à cette électrode pour déclencher une décharge dans le gaz, éclatant sous forme de décharge à lueur se produisant par impulsions, entre l'électrode de mesure et une cOntre- électrode extérieure miseà la masse. On connait déjà (DE-OS 31 51 415) un appareil qui convient pour mesurer, à l'aide d'une décharge à arc, la distance des électrodes des bougies d'allumage. Dans ce cas, on provoque entre les électrodes de la bougie d'allumage une décharge dans le gaz, on mesure une valeur U(io) de la chute de tension fonction d'une valeur prédéter- minée (io) de l'intensité du courant qui s'écoule pendant la décharge dans le gaz et on la convertit en unités de distance des électrodes. Cet appareil convient également pour saisir la valeur réelle de la distance entre deux électrodes. Le but de l'invention est de concevoir un appareil conforme àce modèle et qui convienne non seulement pour établir la distance entre les électrodes mais également pour maintenir cette distance constante. Selon l'invention, on atteint ce but avec un appareil caractérisé en ce que l'électrode de mesure peut se déplacer par rapport à la contre-électrode; en ce que dans le circuit de l'électrode de mesure est disposé un élément électronique pour, lorsque la décharge à lueur se fait par l'intermédiaire de l'électrode de-mesure,- envoyer- un signal à un bloc électronique qui reçoit le signal et dont on peut relier la sortie, pour transmission d'un signal de commande formé par ce bloc, à un dispositif de suivi de guidage d'un outil de travail, étant précisé que l'appareil présente lui-même des emplacements d'accou- plement pour une liaison mécanique rigide avec l'outil de travail. Selon chaque objet de l'utilisation de l'appareil, on peut également prévoir plusieurs électrodes de mesure. Avec l'appareil conçu conformément à l'invention, il est donc possible de réaliser automatiquement le suivi du guidage d'un outil de travail, en particulier de la main d'un robot ou d'un chalumeau de soudure avec une distance définie d'une ou plusieurs surfaces ou arêtes d'une pièce à usiner, ou bien d'effectuer une mesure en restant parallèle à un contour ou bien de positionner des pièces l'une par à l'autre en valeur absolue ou relative. D'autres réalisations avantageuses de l'objet de l'invention s'énoncent comme suit: - les électrodes de mesure sont montées en parallèle et sont alimentées par un générateur haute tension commun. - chaque électrode de mesure est alimentée par un générateur haute tension distinct. - les électrodes de mesure sont disposées à une telle distance l'une de l'autre qu'elles se trouvent en face de surfaces différentes d'une pièce à usiner servant de contre-électrode. - les électrodes de mesure sont disposées à une telle distance l'une de l'autre, qu'elles se trouvent en face des surfaces de plusieurs pièces à usiner servant de contre-électrodes. - l'élément électronique est conçu sous %rme de coupleur optique. - le signal est un signal d'identification d'électrode. - le signal de commande est un signal de distance formé à partir d'une valeur de la chute de tension qui est fonction d'une valeur prédéterminée de l'intensité du courant qui s'écoule pendant la décharge dans le gaz. - les électrodes de mesure sont disposées, respectivement isolées, dans un tube métallique. - au tube métallique de l'électrode de mesure est fixée une brosse par l'intermédiaire de laqielle la contre- électrode est mise à la masse. AU total on obtient avec l'appareil et lors de son utilisation les avantages suivants: - mesure de distance sans contact sur la plage allant d'environ 0,2 à 2 mm; résolution de la distance jusqu'à 0,03 mm. - résolution ponctuelle d'environ 0,1 mm - petite tête détectrice correspondant à l'épaisseur de l'électrode. - aucun appareil électronique de traitement nécessaire sur place. - traitement simple des signaux. - groupe très compact; faibles coûts supplémentaires dans le cas de plusieurs électrodes. - faibles côuts de réparation - sans contact - pratiquement sans réaction - délai de réponse de quelques mini secondes seulement. - bon contrôle visuel du processus de détection par l'observation du canal de décharge., - peu coûteux De plus, en cas d'application au guidage d'un chalumeau de soudure, les avantages particuliers suivants apparaissent encore: - fonctionnement indépendant du processus de soudure, donc reconnais- - sance possible du début du cordon de soudure - reconnaissance des pointages - suivi du cordon de soudure en temps réel - détection des arêtes de t8le mince jusqu'à une valeur aussi faible qu'environ 0,1 mm. Des exemples d'exécution de l'invention sont représentés sur le dessin et expliqués en détail ci-dessous. La figure 1 représente un premier exemple d'exécution d'un appa- reil conforme à l'invention. Les figures la à ld donnent des possibilités d'application re- présentées schématiquement; La figure 2 représente un second exemple d'exécution d'un appa- reil conforme à l'invention et Les figures 2a et 2b donnent d'autres possibilités d'applica- tions représentées schématiquement. Comme le représente la figure 1, l'appareil 1 est essentielle- ment constitué d'un générateur haute tension 2 comportant unoscillateur 2. 2 et un interrupteur électronique 2.1 pour produire une décharge dans le gaz, éclatant sous forme d'une décharge à lueur se produisant par im- pulsions, entre une électrode de mesure 3 intégrée à l'appareil et une contre-électrode 4 mise à la masse, par exemple une pièce métallique à usiner, ainsi que d'un élément électronique 5, conçu sous forme de cou- pleur optique, dans les circuits de l'électrode de mesure 3, ainsi que d'un autre bloc électronique 6, formé d'un comparateur 6.1 et d'une mémoire de valeur instantanée 6.2. Sur l'appareil 1 sont disposés en- core, à l'extérieur, d'une part une touche marche/arrêt 7 et une sor- tie électrique 6.3 du bloc 6 et d'autre part des emplacements d'accou- plement 8 pour la liaison mécanique rigide avec un outil de travail, par exemple un robot ou un appareil de soudure - figure lc - dont l'é- lectrode de travail 9 est disposée en regard de la contre-électrode 4 ou de la pièce à usiner. Pour guider l'outil de travail, par exemple, le long d'une arête 4.1 de la pièce à usiner 4 - Figure la - à une distan- ce prescrite définie d, après avoir manoeuvré la touche marche/arrêt 7 de l'appareil 1 relié à l'outil de travail, on provoque entre l'élec- trode de mesure 3 et la pièce à usiner 4 une décharge dans le gaz écla- tant sous forme de décharge à lueur et on la maintient pendant une cer- taine durée - par exemple 1 ms. Cette décharge à lueur est fournie par le générateur haute tension 2 dont l'intensité de sortie i varie au cours de la durée de la décharge à lueur et prend, au cours de cette durée, au moins une fois une valeur de référence i fixée ou que l'on o peut fixer. L'intensité du courant qui passe le long du chemin de la décharge dans le gaz est mesurée au moyen d'un coupleur optique 5 et amenée à un comparateur 6.1. On mesure également la chute de tension UB le long du chemin de la décharge dans le gaz, la tension étant pré- levée du côté secondaire du générateur haute tension 2 sur un diviseur de tension 10 et on l'envoie dans la mémoire de valeur instantanée 6.2. Chaque fois que l'intensité passe par la valeur i0, c'est-à-dire la dépasse par valeur supérieure ou inférieure, la chute de tension UB(io) fonction de cette intensité i est mémorisée dans la mémoire de valeur instantanée 6.2, à la suite de quoi le bloc électronique 6 émet un signal de commande, fonction de la tension, u a, proportionnel à la distance et l'envoie à la sortie 6.3 qui est elle-même reliée, par un conducteur 9.1, à un dispositif de suivi du réglage de l'outil de travail. Etant donné que, dans le cas d'une décharge dans le gaz, il existe entre la chute de tension et l'intensité d'éclatement une loi selon laquelle, pour une valeur donnée de l'intensité io, la chute de tension est d'autant plus grande que la distance de l'électrode d est elle-même plus grande, le signal de commande u permet de piloter le a dispositif de suivi du réglage de l'outil de travail et donc également l'appareil 1 relié à cet outil, de façon à maintenir constante la dis- tance prescrite d entre l'électrode de mesure 3 et la pièce à usiner 4 et donc à son tour entre l'électrode de travail 9 et la pièce à usi- ner 4. Un éclateur 12 intégré à l'appareil limite, en cas de surten- sion, la distance de décharge de claquage à une valeur déterminée. Mais, comme le montre la figure lb, il est également possible de prévoir dans l'appareil 1 plusieurs électrodes de mesure 3, 3.1, étant précisé qu'il est possible de disposer les électrodes de mesure 3, 3.1 de façon telle qu'elles soient en face de surfaces différentes 4.1, 4.2 de la pièce à usiner 4 qui sert de contre-électrode. De ce fait il est alors par exemple possible de guider, à une distance cons- tante d, une électrode de travail 9 le long de l'arête de la pièce à usiner ou bien deux électrodes de travail le long des surfaces 4.1 et 4.2. Un appareil muni de plusieurs électrodes de mesure suppose alors que, pour ce cas d'application, il existe dans l'appareil, pour chaque électrode de mesure, la structure de circuit précédemment décrite, de sorte que l'on dispose à la sortie de l'appareil de deux signaux de pilotage, étant précisé que l'un des signaux de pilotage pilote la dis- tance à la surface 4.1 et l'autre la distance à la surface 4.2. Comme le montre la figure 1, on peut également mesurer la chute de tension UB le long du chemin de la décharge dans le gaz du côté pri- maire du générateur haute tension 2 surundiviseur de tension 10.1 ou du côté secondaire par l'intermédiaire d'une prise capacitive 10.2. De même on peut mesurer l'intensité d'éclatement du côté secondaire par l'intermédiaire--dune--résst e 5c 1, _. Sur la représentation schématique de la figure lc, on peut voir que le conducteur de retour du courant de décharge ne doit pas obliga- toirement passer par l'ensemble de la pièce 4, mais que bien plutôt on peut le dériver par l'intermédiaire d'une brosse métallique 11 fixée au tube métallique 3' de l'électrode de mesure 3 ou au carter 1 et emmenée avec lui, avec l'avantage que ce moyen permet de protéger le chemin de décharge des influences ambiantes (écoulement de gaz, écla- boussures métalliques, poussières etc), avec l'avantage aussi que le courant de décharge est amené à la masse du générateur par le chemin le plus court. La figure ld représente schématiquement que l'on peut également appliquer le principe de mesure représenté sur la figure 1 par exemple pour vérifier qu'un foret spirale tourne bien rond. Ici l'électrode de mesure a la forme d'une électrode longue, de type rail, et elle est pla- cée à une distance définie parallèlement à l'axe longitudinal de la pièce 4 qui est ici un foret spirale. La décharge à lueur va se produi- re ici entre l'électrode de mesure et l'arête de coupe hélicoldale du foret, étant précisé que par suite du mouvement de rotation du foret l'arc se déplace sur l'électrode de mesure puisqu'il jaillit toujours à l'endroit de la plus petite distance - c'est-à-dire sur l'arête de coupe hélicoïdale. Si le signal de commande fonction de la tension ua, proportionnel à la distance, qui se forme, n'est pas constant, ceci signifie que le foret ne tourne pas rond, et l'on peut alors déduire l'écart absolu à partir de la valeur du signal de commande ua a En fonction de l'exécution précédemment décrite de l'appareil 1, il ne sera pas toujours nécessaire de prévoir dans l'appareil n structures identiques de circuit pour n électrodes de mesure et donc pour n directions différentes. Bien plutôt il peut également suffire de monter plusieurs électrodes de mesure en parallèle et de les pilo- ter par l'intermédiaire d'un unique générateur haute tension pour ob- tenir ainsi un signal d'identification d'électrode EI dans le cas d'une décharge à arc qui se produit par l'intermédiaire de l'électrode de mesure respective et qui peut être soit une décharge à lueur soit une décharge limitée à la phase de claquage. La figure 2 montre la structure d'un appareil 1 conçu de cette façon, étant précisé que la structure correspondante de circuit peut également être en outre inté- grée dans l'appareil représenté sur la figure 1 et qu'un commutateur approprié peut permettre de choisir sur l'appareil le mode de fonction- nement chaque fois désiré de l'appareil. On doit expliquer en détail le fonctionnement de l'appareil 1 sur l'exemple d'un suivi de guidage dans une fente entre deux pièces 4.3 et 4. 4 servant de contre-électrodes. Dans la fente entre les pièces 4.3 et 4.4 sont disposées deux électrodes de mesure 3.2 et 3.3. En ou- tre une électrode de mesure 3.4 est encore disposée du côté de la sur- face de la pièce 4.3. Du fait qu'une décharge à arc prend pratiquement toujours le chemin de la plus courte distance - en laissant de cSté les crêtes à émission de champ assez élevée - on peut, avec ce disposi- tif, réaliser la fonction d'un régulateur de distance garantissant un guidage dans l'axe de la fente et un guidage à distance constante de la surface des pièces, sans qu'il soit nécessaire d'évaluer là distance absolue. Au contraire de l'exemple d'exécution précédent, les électro- des de mesure 3.2, 3.3 et 3.4 montées en parallèle sont reliées à un générateur haute tension commun 2. Si maintenant l'outil de travail,et donc aussi l'appareil 1 qui lui est relié, quitte le guidage dans l'axe de la fente qui existe entre les pièces 4.3 et 4.4, de sorte que, par exemple, ce soit l'électrode de mesure 3.3 qui soit la plus proche de la pièce 4.3, il va se produire une décharge à arc par cette électrode de mesure 3.3, ce qui fait apparaître un signal dans le coupleur opti- que 5 correspondant à l'électrode de mesure 3.3 du fait du courant de décharge qui passe. Ce signal d'identification de l'électrode, opérant par impulsions, est envoyé au bloc électronique 6.0, constitué par ex- emple des bascules électroniques 6.4 à 6.6, et, dans ce bloc, envoyé à la bascule 6.4 dans laquelle est alors formé un signal de commande. Lesdispositifsde suivi du guidage de l'outil de travail sont reliés aux sorties 6.7, 6.8, 6.9 par l'intermédiaire de conducteurs. Du fait du signal de commande qui apparaît à la sortie 6.7, chaque dispositif de suivi du guidage de l'outil de travail reçoit maintenant une instruc- tion qui déplace l'outil de travail et donc également l'appareil 1 dans la direction 3.3.1. Maintenant, la prochaine décharge à lueur va se produire par l'intermédiaire de l'électrode de mesure 3.2 en direction de la pièce 4.4, de sorte qu'un signal apparaît dans le coupleur opti- que 5.2 correspondant à l'électrode de mesure 3.2 du fait du passage du courant de décharge. Son signal d'identification d'électrode est envoyé à la bascule 6.6 qui envoie un signal de commande à la sortie 6.9 sur quoi c'est maintenant ce dispositif-là de suivi de guidage de l'outil de travail qui reçoit une instruction qui déplace l'outil de travail dans la direction 3.3.2. Le processus recommence alors comme avant, c'est-à-dire que la décharge à lueur suivante va à nouveau se produire par l'intermédiaire de l'électrode de mesure 3.3. Les bascules électroniques 6.4, 6.5 et 6.6, sont encore reliées, par l'intermédiaire d'un conducteur 13, à l'oscillateur 2.2 et sont réinitialisées par lui à chaque nouveau cycle par l'intermédiaire d'un signal. C'est l'autre électrode de mesure 3.4 qui devient à son tour active si sa distance à la surface de la pièce 4.3 devient inférieure à la distance des électrodes de mesure 3.2 et 3.3 disposées dans la fente. L'avantage particulier de cette forme d'exécution réside dans la disposition particulièrement compacte de l'électrode. Du fait que les électrodes de mesure sont au même potentiel, des isolants haute tension entre elles ne sont plus nécessaires. Par conséquent, dans le cas o l'on ne voudrait pas disposer les électrodes de mesure immédiate- ment sur l'appareil, mais à une certaine distance de cet appareil, il suffit d'un câble d'amenée du courant à plusieurs conducteurs avec une isolation haute tension commune, entre les électrodes de mesure et l'appareil. En outre il est possible d'économiser n générateurs haute tension et la technique de mesure correspondante pour l'intensité et la tension si l'appareil 1 est simplement réalisé selon la structure représentée sur la figure 2. Si, dans le cas de l'appareil 1 représenté sur la figure 2, on n'active qu'une seule électrode de mesure 3.2, on peut alors aussi - comme représenté sur la figure 2a - positionner des pièces l'une par rapport à l'autre. Par exemple des décharges à lueur vont se produire depuis l'électrode de mesure 3.2 en direction de la pièce 4.3 jusqu'à ce que la pièce 4.4, déplacée dans la direction 4.4.1 par le disposi- tif de suivi de guidage de l'outil de travail, soit à une distance de l'électrode de mesure 3.2 telle que la décharge à lueur saute mainte- nant sur la pièce 4.4. Le signal alors produit sert à nouveau à piloter (ici à arrêter) le dispositif de suivi de guidage. Egalement dans le cas de l'exemple d'exécution représenté sur la figure 2b, une seule électrode 3.2 de l'appareil 1 représenté sur la figure 2 est activée, étant précisé toutefois que l'électrode a ici une forme variante telle qu'elle forme avec une contre-électrode 3.5 mise à la masse - et qui peut être réglable - un chemin de référence supplémentaire pour l'arc qui définit une distance de claquage de réfé- rence supplémentaire qui détermine la distance prescrite à respecter entre l'électrode 3.2 et la pièce 4. Aussi longtemps maintenant qu'il se produit une décharge à arc au-delà de la distance de claquage de ré- férence, ceci signifie que la distance entre l'électrode de mesure 3.2 et la pièce 4 est trop grande et que par conséquent le dispositif de suivi de guidage doit être piloté de façon à raccourcir la distance entre l'électrode de mesure 3.2 et la pièce 4 jusqu'à ce que ce soit entre elles que se produise la décharge à arc. Mais le saut de la dé- charge à arc signifie qu'il n'apparaît plus de signal (par exemple une chute de tension surun shunt) à la contre-électrode 3.5 ou dans son cir- cuit, ce qui a pour conséquence que le dispositif de suivi de guidage est piloté de façon que la distance entre l'électrode de mesure 3.2 et la pièce 4 grandisse à nouveau jusqu'à ce que la décharge à arc se produise à nouveau au-delà de la distance de claquage de référence et que le processus recommence à nouveau. Avec l'appareil conforme à l'invention il est donc possible de réaliser, entre autres, un suivi de guidage automatisé d'un outil de travail à une distance définie d'une pièce, une mesure parallèle d'un contour, un positionnement d'une pièce par rapport à une autre ou la vérification qu'une pièce /qu'un outil tourne bien rond. REVENDICATIONS 1. Appareil pour déterminer sans contact une distance au moyen d'une décharge à arc, comportant une électrode de mesure et un genéra- teur haute tension opérant par impulsions et électriquement relié à cette électrode pour déclencher une décharge dans le gaz, éclatant sous for- me de décharge à lueur se produisant par impulsions, entre l'électrode de mesure et une contre-électrode extérieure mise à la masse, caracté- risé en ce que l'électrode de mesure (3; 3.2) peut se déplacer par rap- port à la contre-électrode (4; 4.4); en ce que dans le circuit de l'électrode de mesure est disposé un élément électronique (5; 5.2) pour, lorsque la décharge à lueur se fait par l'intermédiaire de l'électrode de mesure, envoyer un signal (i; EI) à un bloc électronique (6; 6.6) qui reçoit le signal et dont on peut relier la sortie (6.3; 6.9), pour trans- mission d'un signal de commande (uà) formé par ce bloc, à un dispositif a de suivi de guidage d'un outil de travail, étant précisé que l'appareil (1) présente lui-même des emplacements d'accouplement (8) pour une liai- sion mécanique rigide avec l'outil de travail. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins deux électrodes de mesure (3, 3.1; 3.2, 3.3, 3.4) qui sont disposées à une certaine distance l'une de l'autre et qui peuvent se déplacer par rapport à la (4) ou les con- tre-électrode(s) (4.3, 4.4); en ce que, dans le circuit électrique, à chaque électrode de mesure correspond un élément électronique (5;5.2, 5.3, 5.4) pour, dans le cas o la décharge à lueur se fait par l'inter- médiaire de l'électrode de mesure associée, envoyer un signal (i; EI) àunbloc électronique (6; 6.0) qui reçoit des signaux et dont on peut relier les sorties (6.3; 6.7, 6.8, 6.9), pour transmission d'un signal de commande (u) formé par ce bloc, à, respectivement, un dispositif de suivi de guidage d'un outil de travail. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les électrodes de mesure (3.2, 3.3, 3.4) sont montées en parallèle et sont alimentées par un générateur haute tension commun (2). 4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque électrode de mesure (3, 3.1; 3.2) est alimentée par un générateur haute tension distinct (2). 5. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les électrodes de mesure (3, 3.1) sont disposées à une telle distance l'une de l'autre qu'elles se trouvent en face dé surfaces différentes-(4.1, 4.2) d'une pièce à usiner (4) servant de contre-électrode. 6. Appareil selon la revendication 2, O caractérisé en ce que les électrodes de mesure (3.2, 3.3, 3.4) sont dispo- sées à une telle distance l'une de l'autre qu'elles se trouvent en face de surfaces de plusieurs pièces à usiner (4.3, 4.4) servant de contre- électrodes. 7. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément électronique (5; 5.2, 5.3, 5.4) est conçu sous forme de coupleur optique. 8. Appareil selon la revendication 2, O caractérisé en ce que le signal est un signal d'identification d'électrode (EI). 9. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal de commande est un signal de distance (ua) formé à partir d'une valeur U(i) de la chute de tension qui est fonc- o tion d'une valeur prédéterminée i de l'intensité du courant qui s'é- o coule pendant la décharge dans le gaz. 10. Appareil selon la revendication 1 ou 2, o caractérisé en ce que les électrodes de mesure sont disposées, respective- ment isolées, dans un tube métallique (3'?. 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'au tube métallique (3') de l'électrode de mesure (3) est fixée une brosse métallique (11) par l'intermédiaire de laquelle la contre-électrode (4) est mise à la masse. 12. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé, en ce que, dans le circuit haute tension, un éclateur (12) est monté en parallèle pour limiter la distance de décharge de claquage de l'électrode de mesure. 13. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé, en ce que l'on peut commuter l'appareil (1) pour passer d'une à plusieurs électrodes de mesure et/ou d'un à plusieurs générateurs haute tension. 14. Appareil selon la revendication 1, caractérisé,- en ce que l'électrode de mesure (3) est conçue comme électrode- barreau du type rail. 15. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé, en ce que l'électrode de mesure (3.2) forme, avec une autre contre-électrode mise à la masse (3.5) un chemin d'arc de référence qui détermine la distance prescrite définie à respecter.