Brevet FR2597969A1 — publié le 19871030

La présente invention concerne un dispositif de mesure de forme ou de position d'un objet. On contact déjà de nombreux types de dispositifs de mesure de forme d'un objet. génératement, pillsiellrs points de l'objet à mesurer sont touchés à L'aide d'un capteur mobile par rapport à un système de coordonnées de référence. Ce dispositif de mesure est relié à un calculateur qui exploite Les renseignements fournis par le capteur et des détecteurs de position associés au capteur . De façon classique, le capteur est monté pour se déplacer en translation selon trois axes de coordonnés. Les brevets américains 3 774 311 et 3 774 312 décrivent des dispositifs de ce type. Ces dispositifs sont d'application limitée car La taille du dispositif détermine la taille des objets qui peuvent être mesurés et le coût du dispositif augmente rapidement avec sa taille.En raison des difficultés pour maintenir la précision de positionnement et de déplacement d'éléments en porte à faux, de tels dispositifs doivent être entièrement massifs pour avoir une rigidité suffisante. La liberté des mouvements du capteur est donc très Limitée. En particulier, ces dispositifs sont totalement inadaptés à la mesure de positions d'objets à l'intérieur d'une carosserie de voiture. En outre, en raison de leur structure rigide et massive, ces dispositifs ne peuvent être déplacés que très difficilement et il est donc nécessaire d'amener l'ob- jet à proximité du dispositif, ce qui est parfois incompatibLe avec La dimension de L'objet lui-même. Le brevet américain 3 944 798 du 16 Mars 1976 décrit un dispositif d'un autre type, comportant trois bras articulés Les uns aux autres, des moyens de détection de La position relative de deux bras adjacents et un capteur de contact disposé à l'extrémité du troisième bras. Certains des bras sont articulés au moyen d'une articuLation comprenant deux axes orthogonaux, mais Le second bras est relié au premier bras par une articulation comportant un seul axe de pivotement orthogonal aux axes Longitudinaux de chacun de ces bras. Ce dispositif présente l'avantage de pouvoir être manipulé d'une seule main mais la mesure ne peut être effectuée que par Le dessus ou le côté d'un objet. Ce dispositif ne présente donc pas la souplesse suffisante pour accéder à des points internes à l'objet ou des points d'une surface de l'objet tournée verS le bas. Un but de la présente invention est de réaliser un dispositif de mesure d'une três grande souplesse permettant la mesure de points sur une surface ayant une orientation quelconque. En vue de la réalisation de ce but, on prévoit selon L'invention, un dispositif de mesure de forme ou de position d'un objet comportant un support, au moins un premier bras monté articulé sur le Support, un second bras monté articulé sur le premier bras, un troisième bras monté articulé sur le second bras, des moyens de détection de la position relative de deux bras adjacents et un capteur de contact disposé à une extrémité du troisième bras, dans lequel chaque bras est relié au bras précédent par une articulation comportant une premier et un second axes de pivotement orthogonaux. Ainsi, le capteur peut être déplacé suivant toutes Les directions avec une très grande souplesse. Certes, par rapport à un dispositif du type décrit dans le brevet américain 3 944 798, le dispositif selon L'invention ne comporte qu'un axe de pivotement supplémentaire. IL faut toutefois noter que cette faible différence de structure procure un résultat original permettant une application remarquablement différente de celle du dispositif antérieur. En particulier, le dispositif antérieur visait à mesurer des directions en réduisant autant que possible le nombre de manipulations et en supprimant la nécessité de mesurer plusieurs points pour une même direction.Malgré les similitudes apparentes, Le dispositif selon l'invention relève d'une démarche inventive totalement différence, ce qui explique que malgré Les besoins existants, une période de plus de 10 ans se soit écoulée depuis la publication du brevet américain 3 944 798 et son exploitation publique jusqu'à la réalisation de la présente invention. Selon une version avantageuse de l'invention, au moins une articulation comporte un point de pivotement autour du second axe décalé par rapport au premier axe. Ainsi on augmente encore les possibilités de débattement des bras et le dispositif peut être totalement replié lorsqu'il n'est pas utilisé ou doit être transporté. Selon un autre aspect avantageux de L'invention, le premier et le second bras comportent chacun une tige centrale articulée autour du second axe de pivotement de l'articulation qui précède, et un manchon tubulaire monté pour tourner autour de La tige centrale et relié au bras suivant par une articulation orthogonale à un axe de la tige centrale, et les moyens de détection de la position relative du troisième bras par rapport au second bras et du second bras par rapport au premier bras autour du premier axe de pivotement de l'articulation correspondante, sont disposés respectivement adjacents à une extrémité amont du second et du premier bras. Ainsi, les moyens de détection du pivotement autour du premier axe de pivotement sont à chaque fois ramenés en amont du bras concerné, de sorte que l'extrémité du dispositif se trouve allégée et sa manipulation est rendue plus aisée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la suite de la description qui suit en liaison avec les dessins ci-joints parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en élévation schématique, partiellement en coupe du dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe agrandie selon la ligne II-II de la figure 1. En référence aux figures, le dispositif selon l' invention comporte un support généralement désigné en 1, un premier bras 2 monté articulé sur le support 1, un second bras 3 monté articulé sur le premier bras 2, un troisième bras 4 monté articulé sur le second bras 3 et un capteur de contact 5 disposé à l'extrémité du troisième bras 4. Le support 1 comporte une plaque de base 6, par exemple un disque métallique circulaire donnant de la stabi Lité au support, sur lequel est fixé un tube support 7. Une tige centrale 8, coudée à son extrémité supérieure est engagée dans le tube support 7 et est montée pour tourner à l'intérieur de ce support au moyen de roulements 9 disposés au voisinage de ses extrémités. La tige centrale 8 forme un élé- ment d'une première articulation et pivote autour d'un premier axe de pivotement 10 de cette articulation. La position angulaire de la tige centrale 8 autour de l'axe de pivotement 10 est' mesurée par un capteur angulaire il fixé à la tige centrale 8 par une entretoise 12 et comportant un pignon denté 13 engrenant avec une couronne dentée 14 fixée à la partie supérieure du tube support 7.Le capteur angulaire 11 est relié à une unité de traitement par des conducteurs électriques non représentés. Le premier bras 2 comporte une tige centrale 15 articulée autour d'un second axe de pivotement 16 de la preavère articulation. Le second axe de pivotement 16 est orthogonal au premier axe de pivotement 10 et est décalé par rapport à celui-ci de sorte que le point de pivotement autour du second axe de pivotement 16 se trouve lui-même déca lé par rapport au premier axe de pivotement. En pratique, la rotation de la tige centrale 15 par rapport à la tige centrale 8 est assurée par des roule mentis, par exemple des roulements à bille 17 (figure 2) montés sur un goujon 18 lui-meme engagé à force dans un alésage transversal à l'extrémité de La tige centrale 8. La position angulaire de la tige centrale 15 du second bras autour de l'axe de pivotement 16 est mesurée par un capteur 19 monté transversalement à la tige 8 et comportant un pignon denté 20 qui engrène avec une couronne dentée 21 solidaire en rotation de la tige centrale 15. Par exempLe, la couronne dentée 21 est maintenue en appui sur la cage de roulement externe du roulement à billes 17 par des Vis (non représentées) vissées dans la tige 15, l'ensemble etant maintenu assemblé par un écrou 22 vissé sur le goujon 18. Un manchon tubulaire 23 est monté pour tourner autour de la tige centrale 15 au moyen de roulements 24 adjacents aux extrémités de la tige centrale et peut donc pivoter autour d'un premier axe de pivotement 25 d'une seconde articulation.La position angulaire du manchon tubulaire 23 par rapport à la tige centrale 15 est mesurée par un capteur angulaire 26 fixé à la tige centrale 15 et ayant un pignon denté 27 engrénant avec une couronne dentée 28 solidaire en rotation du manchon tubulaire 23. A son extrémité inférieure, le manchon tubulaire 23 comporte une pièce de Liaison 29, par exemple emmanchée à force ou fixée dans le manchon 23 par des vis (non représentées) traversant radialement le manchon 23, la pièce de liaison 29 est articulée avec une tige centrale 30 du second bras 3 selon une structure analogue à celle décrite pour la liaison de la tige centrale 15 avec la tige centrale 8. Le second bras 3 peut donc ainsi pivoter par rapport au premier bras 2 autour d'un second axe de pivotement 31 orthogonal au premier axe de pivotement 25. La position angulaire de la tige centrale 30 par rapport à la pièce de liaison 29 (et donc au premier bras 2) est mesurée par un capteur angulaire ayant un pignon denté 32 engrenant avec une couronne dentée 33 solidaire en rotation de la tige centrale 30.De même que pour le premier bras 2, le second bras 3 comporte un manchon tubulaire 34 monté pour tourner sur la tige centrale 30 au moyen de roulements 35 et dont la position angulaire autour d'un premier axe de pivotement 36 d'une troisième articulation est mesurée par un capteur angulaire 37 fixé à la tige centrale 30 et comportant un pignon denté 38 engrénant avec ure couronne dentée 39 solidaire en rotation du manchon tubulaire 34. A sa partie supérieure, le manchon tubulaire 34 comporte une pièce de liaison 40 analogue à la pièce de liaison 29 et permettant la rotation du troisième bras 4 autour d'un axe de pivotement 41 orthogonal à l'axe de pivotement 36. La position angulaire du troisième bras 4 par rapport à la pièce de Liaison 40 est mesurée par un capteur angulaire fixé à ceLle-ci et ayant un pignon denté 42 engrénant avec une couronne dentée 43 solidaire en rotation du troisième bras 4. A son extrémité opposée à l'axe de pivotement 41 le troisième bras 4 porte un capteur de contact 5 fixé au bras 4 par tout moyen approprié, par exemple une bride 44. On remarquera que le capteur 5 peut être un contacteur à contact en bout ou à contact latéral. Le capteur 5 peut également être monté pour pouvoir tourner autour d'un axe longitudinal 45 du bras 4. La mesure de la forme d'un objet ou de sa position est obtenue en fixant le support 1 par rapport à l'objet à mesurer puis en prenant des points de référence dont La position dans l'espace est mesurée par la capteur 5, chaque mesure prenant en compte les signaux émis par les capteurs 11,20,26,32,37 et 42 qui sont transmis à une unité de traitement (non représentée). On remarque que la structure très compacte et légère du dispositif de mesure selon l'invention permet de déplacer facilement celui-ci et de l'amener à proximité de l'objet à mesurer. En particulier, il peut aisément être installé à L'intérieur d'une carosserie d'automobile. Afin d'assurer une très grande légèreté et une facilité de manoeuvre, certains composants tels que les manchons tubulaires sont avantageusement réalisés en une matière rigide et Légère telles que des fibres de carbone. Bien entendu l'invention n'est pas Limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation. En particulier, Les axes de pivotement 16,31 et 41 pourront être concourants respectivement avec tes axes de pivotement 10,25 et 36, les bras correspondants étant alors décalés latéralement pour pouvoir se replier en position de repos. A ce propos, on remarquera que dans La position de repos du mode de réalisation illustré, le troisième bras 4 peut être ramené à csté du premier bras 2 en le faisant pivoter autour de l'axe de pivotement 36, le second bras 3 etant lui-même ramené contre le tube support 7 en le faisant pivoter autour de l'axe de pivotement 25. De même, les axes orthogonaux de chaque articulation peuvent être disposés différemment par rapport aux axes longitudinaux des bras eux-mêmes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de forme ou de position d'un objet comportant un support (1), au moins un premier bras (2) monté articulé sur Le support, un second bras (3) monté articulé sur le premier bras, un troisième bras (4) monté articulé sur le second bras, des moyens de détection de la position relative de deux bras adjacents et un capteur de contact (5) disposé à une extrémité du troisième bras, carac terisé en ce que chaque bras est relié au bras précédent par une articulation comportant un premier et un second axe de pivotement orthogonaux (10,16; 25,31; 36,41). 2. Dispositif de mesure de forme ou de position d'un objet selon La revendication 1 caractérisé en ce que au moins une articulation comporte un point de pivotement autour du second axe (16, 31, 41) décalé par rapport au pre mies axe (10, 25, 36). 3. Dispositif de mesure de forme ou de position d'un objet selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier et le second bras comportent chacun une tige centrate (15, 30) articulée autour du second axe de pivotement de l'articulation qui précède, et un manchon tubulaire (23,34) monté pour tourner autour de la tige centrale et relié au bras suivant par une articulation orthogonale à un axe de La tige centrale, et en ce que Les moyens de détection de la position relative du troisième bras par rapport au second bras et du second bras par rapport au premier bras autour du premier axe de pivotement de l'articulation correspondante, sont disposés respectivement adjacents à une extrémité amont du second et premier bras. 4. Dispositif de mesure de forme ou de position d'un objet selon la revendication 3 caractérisé en ce que chaque manchon tubulaire (23,34) est monté pour tourner sur la tige centrale (15,30) au moyen de roulements (24,35) adjacents aux extrémités de la tige centrale.