Brevet FR2584007A1 — publié le 19870102

La présente invention est relative à un dispositif à positionnement optique pour palpeurs, pièces d'usinage et outils utilisé avec des appareils de mesure et des machines outils, de préférence pour le positionnement de ces éléments à des emplacements difficilement accessibles et pour le réglage de leur alignement. Au cours des opérations de fabrication, il est souvent indispensable d'orienter des pièces de manière à ce qu'elles soient alignées ou de vérifier leur alignement réciproque. Les essais d'alignement sont souvent effectués par voie optique en utilisant une lunette d'alignement et un repère de visée d'un système de projection, le repère de visée étant observé à travers la lunette de visée. D'après le document ATM V 8224-16 de février 1963, pages 39 et 40, on peut également, à partir du plan oculaire d'une lunette d'alignement, projeter un repère ou un trait sur un repère de visée situé à l'emplacement de visée. Le dispositif de mesure ou de réglage se trouve donc à l'intérieur ou à proximité de l'objet qui doit être aligné. L'inconvénient de ce système réside dans le fait que l'emplacement de mesure doit être accessible et doit pouvoir être observé. La focalisation après coup de la lunette d'alignement s'accompagne d'erreurs dues au déplacement de la ligne de fuite. Lorsqu'on utilise une lunette d'alignement comportant un prisme Posters, le trait projeté d'un miroir concave placé au niveau de l'objet mesuré est renvoyé dans le plan oculaire de la lunette, le milieu du miroir concave se trouvant à l'emplacement de l'image aérienne du repère. Ce système permet d'éviter les erreurs de guidage inhérentes à la focalisation de la lunette, mais il faut encore, dans ce cas également, que l'emplacement à mesurer soit accessible pour qu'on puisse y placer le miroir concave. La construction de la lunette elle-même est compliquée du fait de l'adjonction de prismes. D'après le document Feingeràtetechnik 3 (1954) 6, pages 273 à 275, il est connu de réaliser à l'aide d'un collimateur, un repère éclairé le long de la ligne de visée. Cette image est observée à la lunette d'alignement. Le DE-OS 3 226 881 décrit un dispositif d'ajustage pour la mise en alignement d'un support d'arbre à plusieurs emplacements, dans lequel un organe sensible à la position des rayons et des moyens d'affichage se trouvent dans un manchon cylindrique et dans lequel le plan de mesure se trouve à l'intérieur ou sur la surface avant du manchon. L'éclairage est assuré par un dispositif à laser, le trajet du faisceau laser constituant la ligne de fuite. Si cependant un organe sensible constitué de cette manière est relié par exemple à un outil ou à une cale d'ajustage pour le centrage de petits alésages, il se produit, même pour de faibles écarts de direction, des erreurs de comparateur. Avec ce dispositif, on ne peut obtenir des résultats satisfaisants, pour la mise en alignement des pièces ou pour le contrôle de l'alignement, que si l'appareil sensible peut être placé directement à proximité ou à l'intérieur de l'objet à mesurer, c'est-à-dire qu'il faut que l'objet soit accessible. De plus, dans l'état de la technique connu, on utilise, pour la réalisation d'alignement précis d'outils ou de pièces sur des machines outils, un microscope de centrage qui est utilisé par exemple dans le cône d'outil de la machine, pour viser des mises centrées dans les pièces et portant des repères de visée. En raison d'un décalage des repères visés, le principe du comparateur est également mis en défaut et des erreurs d'alignement sont inévitables. Le but de l'inventior est d'éliminer les inconvénients correspondant à l'état de la technique, d'augmenter, au moyen d'appareils assurant l'alignement, la précision du positionnement, notamment dans le cas des opérations de traçage et de palpage, et d'élargir le domaine d'application de ces appareils. Le but de l'invention est donc de réaliser -un dispositif à positionnement optique qui permette d'effectuer des opérations d'alignement, de palpage et de marquage sur des machines et des appareils et qui soit facile à construire et à manier et permette, dans de larges limites et avec une grande précision, d'effectuer, même pour de petits objets ou des parties d'objets inaccessibles ou difficilement accessibles, des opérations d'alignement, de palpage et de marquage et de réaliser une automatisation des opérations de réglage. Ce but est atteint, suivant l'invention, par l'utilisation d'un dispositif à positionnement optique pour palpeurs, pièces d'usinage et outils qui comprend une enveloppe contenant un repère de visée ou un dispositif récepteur photoélectrique et qui peut être placé sur le trajet d'un faisceau laser ou d'un faisceau de collimateur au niveau de l'objet à mesurer ou à positionner, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de l'enveloppe, dans l'espace compris entre le repère de visée ou le dispositif récepteur et le système de projection ou le laser, le dispositif comporte un système de reproduction optique réalisé de telle manière que le plan contenant le repère de visée ou le dispositif récepteur est situé à une distance du plan principal, côté image du système de reproduction optique inférieure ou égale à sa distance focale côté image et, de plus en ce que l'enveloppe contient des éléments optiques réalisent un trajet de rayons d'observation ou d'exploration et que l'enveloppe comporte dans la zone côté image du système de reproduction optique, des dispositifs qui marquent l'emplacement d'exploration ou le plan qui le contient au niveau de l'objet à mesurer ou de la pièce ou qui peuvent être placés à l'emplacement d'exploration ou dans son plan. Il est avantageux que les dispositifs qui peuvent être placés sur l'enveloppe soient des doigts palpeurs, des outils, des vérins de centrage ou des appareils analogues. L'invention permet de réaliser un dispositif à positionnement optique qui est simple à construire et à manier et permet des applications variées et, surtout, de régler avec une grande précision des problèmes d'alignement et de repérage même pour de petits objets inaccessibles ou d'accès difficile. De plus, les dispositifs en question permettent en association avec des lasers d'alignement, des lunettes d'alignement assurant la projection et d'autres systèmes de projection, de résoudre ces problèmes très rapidement. Les erreurs de comparateur sont éliminées en grande partie. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs aux dessins annexés. La fig. 1 représente la structure de principe du dispositif. La fig. 2 indique le trajet des rayons et le mode de formation des images dans le dispositif. La fig. 3 représente un dispositif comportant un disque de centrage. La fig. 4 représente un dispositif comportant une sphère de centrage. La fig. 5 représente un dispositif comportant un cylindre de centrage et une unité d'affichage. La fig. 6 représente un dispositif comportant un cône de centrage. La fig. 7 représente un raccord à câble photoconducteur. La fig. I représente schématiquement un dispositif suivant l'invention qui peut être positionné optiquement, et un système de projection 1, qui comprend notamment une source lumineuse 2, un trait de repère 3,3' et un système optique 4 reproduisant l'image de ce trait de repère 3. Le dispositif 5 comprend une enveloppe 6 qui contient un repère de visée 7,7' et, dans l'espace compris entre le repère de visée 7,7' et le sytème de projection 1, un système de reproduction optique 8, le plan E' contenant le repère de visée 7 se trouvant par rapport au plan H' (fig. 2) du système de reproduction optique 8 du côté image, à une distance a' inférieure à sa distance focale f' du côté image.Sur l'enveloppe 6 peuvent être montés un palpeur 9 (fig. 1), un disque de centrage 10 (fig. 3) ou un palpeur 11 associé à une bille de centrage 12 (fig. 4) ou à un cylindre de centrage 13 (fig. 5), pour que l'on puisse effectuer différents réglages ou différentes mesures. De même, un dispositif à pointeau (non représenté) peut être monté sur l'enveloppe 6. Tous ces dispositifs sont montés dans l'espace situé du côté image du système de reproduction optique 8 et sont optiquement inaccessibles. Le dispositif 5 comprend en outre des éléments optiques, par exemple un miroir diviseur de faisceau 14 pour la production d'un faisceau de rayons d'observation et/ou d'exploration 15, ce miroir 14 se trouvant dans la zone située du côté objet du sytème 8 de reproduction, donc entre le plan principal H du sytème de reproduction optique 8, du côté objet , et le collimateur 1. Comme la fig. 2, l'indique, pour la mise en évidence du fonctionnement du dispositif 5, le trait de repère 3 est projeté virtuellement, de la zone de l'objet à la zone image par le système de projection sur le plan d'exploration E, dans lequel se trouve, par exemple le point de contact P, du palpeur 9. Le sytème de reproduction optique 8 du dispositif 5 placé sur le trajet des rayons fournit l'image réelle du trait de repère 3 dans la zone comprise entre le plan principal H' et le foyer F' du sytème de reproduction optique 8 du côté image dans le plan E' au point d'image P', la distance a' entre le plan E' et le plan principal H' étant égale à a' a+f' , a étant la distance comprise af' entre le plan d'exploration E et le plan principal H du sytème de reproduction optique qui est situé du côté objet. Le point d'exploration P qui se trouve sur l'axe optique 16 a son image au point image P'. Il en est de même pour les rayons qui, dans la zone située du côté objet dans le système de reproduction optique 8, passent par le point P. Au moyen du repèredevisée 7,7' placé au point image P' ou d'un palpeur photoélectrique 17 (fig. 5) sensible à la position, on peut donc savoir si le dispositif 5 équipé du système de reproduction optique 8 est orienté ou non dans le prolongement du point d'exploration P et du trajet des rayons du système de projection 1. L'orientation est indiquée par le trajet des rayons d'observation 15. La fig. 5 représente un dispositif qui peut être positionné et dont l'enveloppe 6 contient à côté du système de reproduction optique 8, un filtre 20 pour la suppression de la lumière parasite et, au lieu du trait de visée, un palpeur photoéléctrique 17 sensible à la position. Sur ce palpeur 17,17', le sytème de reproduction optique 8 forme l'image du trait de repère 3,3'. L'état d'orientation ou de réglage du cylindre de centrage 13 par exemple par rapport à l'objet 18 qui doit être mesuré ou orienté peut être indiqué par une unité d'affichage 19 liée au palpeur 17. La combinaison du système de reproduction optique 8 et du palpeur photoélectrique 17 permet, à côté de l'action géomé trique qui élimine les erreurs, une optimisation des valeurs phototechniques transmises à l'unité d'affichage 19. Le dispositif représenté par la fig. 6 comporte un système optique raccourci comprenant, dans la zone de reproduction optique 8, située du côté image, un miroir de déviation 21 qui envoie la lumière sur le palpeur 22. L'enve loppe 23 comporte un dispositif 24 qui centre le palpeur 22 dans le plan d'exploration E, par exemple a' après le bord d'un alésage 25 d'un outil 26 qui doit être visé. La visée du trait de visée ou du palpeur 22 peut s'effectuer au moyen d'un microscope centré non représenté. L'enveloppe 23 peut également comporter un câble photoconducteur 27 rattaché au point image P' (fig. 27) pour le guidage de signaux à des emplacements très visibles. Au lieu d'un système de projection, on peut également utiliser un laser d'alignement dont le faisceau lumineux est dirigé sur un repère de visée réalise en conséquence ou sur un palpeur photoélectrique sensible à la position. REVENDICATIONS 1. Dispositif à positionnement optique pour palpeurs, pièces d'usinage et outils qui comprend une enveloppe contenant un repère de visée ou un dispositif de réception photoélectrique et qui peut être placé sur le trajet des rayons d'un laser ou d'un collimateur au niveau de l'objet à mesurer ou à positionner, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de l'enveloppe (6), dans la zone comprise entre le repère de visée (7,7') ou le dispositif de réception et le système de projection (1) ou le laser, il comporte un sytème de reproduction optique (8) réalisé de telle manière que le plan contenant le repère de visée (7,7') ou le dispositif de réception se trouve à une distance du plan principal, côté image, du système de reproduction (8), inférieure ou égale à sa distance focale côté image, en ce que l'enveloppe (6) contient, en plus, des éléments optiques (14) réalisant un trajet de rayons d'observation ou d'exploration (15) et en ce que l'enveloppe (6) comporte, dans la zone côté image du système de reproduction (8) des dispositifs qui marquent l'emplacement d'exploration ou le plan qui le contient au. niveau de l'objet ou de la pièce à mesurer ou qui peuvent être placés à l'emplacement d'exploration ou dans son plan. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs qui peuvent être placés sur l'enveloppe (6) sont des doigts d'exploration, des outils, des cylindres de centrage et des dispositifs analogues.