Brevet FR2591924A1 — publié le 19870626

L'invention concerne un procédé et un dispositif de positionnement relatif entre une pièce à usiner, un outil et des têtes de mesure. L'invention est utilisable dans les domaines du micro-usinage ou de usinage de précision, notamment dans l'industrie électronique, pour la fabrication de composants et de circuits actifs et passifs. D'après la demande internationale nO WO-84 01 437, on connaît un support de têtes de mesure désigné sous le terme "probe disk" et un mécanisme pour apposer des pointes de contact. Ce dispositif présente un inconvénient consistant en ce qu'un outil peut seulement exécuter des modifications sur la pièce à usiner, pendant les mesures, lorsqu'on-utilise une unité supplémentaire de positionnement relatif. Des déplacements relatifs du support des de mesure par rapport à la pièce à usiner dans le plan de cette dernière ne sont pas possibles, étant donné que cette unité de positionnement n'agit que suivant une direction perpendiculaire a la pièce à usiner. De ce fait le nombre des surfa- ces de mesure, pouvant être explorées, sur la pièce à usiner, est limité. Le brevet NO 200 956 déposé en République Démocratique Allemande a en outre fait connaître un dispositif d'entrainement suivant deux coordonnées. Ce dispositif d'entraînement permet en principe soit un positionnement relatif des têtes de mesure par rapport à des surfaces de mesure d'une pièce à usiner, soit un positionnement relatif d'un outil par rapport å la pièce à usiner. Si ces deux problèmes doivent être résolus d'une maniera combinée, l'utilisation de deux systèmes de positionnement est inévitable. Ainsi, pour résumer, l'état de la technique est caractérisé par le fait que, pour réaliser le positionnement relatif de têtes de mesure par rapport à une pièce à usiner et d'un outil par rapport à une pièce à usiner, il faut utiliser au moins deux systèmes de positionne ment, ou bien le nombre des têtes de mesure doit correspondre au nombre des surfaces de mesure sur la pièce à usiner. L'invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif, qui permettent d'utiliser uniquement un système de positionnement, de manière à permettre de faire l'économie d'au moins un système de positionnement par rapport à l'état de la technique, et qui permettertderéaliser les opérations de positionnement rapidement et avec une précision identique et en principe extrêmement élevée, et avec lesquels il n'est pas necessaire d'utiliser un nombre de têtes de mesure égal au nombre des surfaces de mesure situées sur la pièce à usiner, et qui permettent à un outil d'agir sur la pièce à usiner pendant les opérations de mesure, par l'intermédiaire de têtes de mesure et garantissent par conséquent des économies de moyens de production et de temps d'usinage ainsi que des améliorations de la qualité. Le problème précité est résolu dans le cadre de l'invention, à l'aide d'un procédé et d'un dispositif servant a réaliser le positionnement relatif entre une pièce à usiner, un outil et des têtes de mesure, et selon lesquels on ne doit utiliser qu'un seul système de positionnement qui réalise tous les positionnements relatifs nécessaire avec au maximum un dispositif d'entraînement pour chaque coordonnée, et avec lesquels le nombre des modules déplacés les uns par rapport aux autres et par conséquent le nombre des points d'ajustement atteint une valeur minimale, le principe du positionnement relatif entre l'outil et la pièce à usiner autorise, par rapport à d'autres principes, une précision optimale et une résolution de distance maximale, le positionnement du support des têtes de mesure par rapport à la pièce à usiner est réalisé avec une précision et une résolution de distance, qui sont en principe identiques à celle du po itionnement relatif entre l'outil et la pièce à usiner et le nombre des têtes de mesure peut être inférieur au nombre des surfaces de mesure sur la pièce à usiner. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un procédé de positionnement relatif entre une pièce à usiner, un outil et des têtes de mesure, moyennant l'utilisation d'un système de positionnement librement programmable, qui contient au maximum un dispositif d'entraînement pour chaque coordonnée, caractérisé en ce que les phases opératoires consistant à a) placer la pièce à usiner sur le système de positionnement et la fixer dans la position d'usinage, b) maintenir un support des têtes de mesure, équi pé de ces dernières, dans une position définie par rapport à la pièce à usiner, au moyen d'un dispositif de maintien suivant une autre coordonnée K par rapport aux coordonnées du système de positionnement, tout en garantissant des pos sibilités de déplacement relatif entre le dispositif por tant les têtes de mesure et la pièce à usiner, c) placer les surfaces de mesure de la pièce à usiner en vis à-vis des têtes de mesure suivant la coordonnée K, au moyen du système de positionnement, d) libérer le support des têtes de mesure par rapport au dis positif de maintien après la phase opératoire b),tout en garantissant le maintien des têtes de mesure en vis-a vis des surfaces de mesure de la pièce à usiner, suivant la coordonnée K, e) maintenir le support des têtes de mesure au moyen d'un dispositif de maintien monté sur le système de position nement, suivant la coordonnée K, tout en garantissant le maintien des têtes de mesure en vis-à-vis des surfaces de mesure de la pièce à usiner, f) mesurer des paramètres de la pièce à usiner à l'aide de têtes de mesure tout en réalisant un déplacement relatif simultané de la pièce à usiner et du support des têtes de mesure par rapport à l'outil au moyen du système de po sitionnement afin de modifier les paramètres de la pièce à usiner à l'aide de l'outil, et g) libérer le support des têtes de mesure par rapport au dis positif de retenue après la phase opératoire e) tout en garantissant le maintien des têtes de mesure, en vis-a vis des surfaces de mesure de la pièce à usiner, suivant la coordonnée K. sont exécutées de préférence successivement sont répétées en rapport avec d'autres surfaces de mesure situées sur la pièce à usiner. Selon un mode d'exécution de l'invention il est prévu que pendant la phase opératoire 7', le support des têtes de mesure exécute, de concert avec la pièce à usiner, des déplacements relatifs par rapport à l'outil et que, par inter- valles, aucun mesure n'est effectuée au moyen des têtes de mesure, pendant l'exécution de modifications sur la pièce à usiner. En outre il est prévu que pendant les phases opératoires a) à d), une distance évitant un contact mecanique est maintenue entre les têtes de mesure et les surfaces de mesure situées sur la pièce a usiner. De préférence on utill- se un faiseau laser comme outil. Conformément à l'invention on utilise un dispositif utilisant un système de positionnement librement programmable, de préférence un système de positionnement suivant deux coordonnées, qui est constitué par un bâti et par un plateau mobile par rapport au bâti suivant deux coordonnées x et yt et comportant un dispositif d'entraînement pour chaque coordonnée, et qui est caractérisé en ce que des dispositifs de maintien commandables, qui agissent, suivant la coordonnée K, sur des surfaces de maintien du support des sondes de mesure, sont montés fixes sur le plateau. Selon une forme de réalisation de l'invention, on utilise un dispositif qui est constitué par un bâti, par un plateau A déplaçable par rapport au bâti suivant la coordonnée x et muni d'un dispositif d'entraînement, et par un pla teau B déplaçable sur le plateau A suivant la coordonnée y et équipé d'un dispositif d'entralnement, et qui est caractérisé par le fait que des dispositifs de maintien commandables, agissant suivant la coordonnée K sur des surfaces de maintien de support des têtes de mesure, sont montés fixes sur le plateau A et sur le plateau B. Il est avantageux que les dispositifs de maintien soient réalisés de préférence sous la forme d'électro-aimants. En outre il est prévu que les dispositifs de maintien sont disposés de préférence à une distance maximale de G,l mm par rapport aux surfaces de maintien du support des têtes de mesure, suivant la coordonnée K. Une autre forme de réalisation avantageuse de l'invention consiste en ce qu'il est prévu en supplément des organes de guidage empêchant des depiacements relatifs du support des têtes de mesure suivant la coordonnée x par rapport au plateau A, sur le plateau A ou sur le plateau B. il est également prévu que, dans le cas de l'utilisation d'un système de positionnement de coordonnés, librement programmable, qui est constitué par un bâti, par un plateau A déplaçable par rapport au bâti suivant la coordonnée x et muni d'un dispositif d'entraînement, et par un plateau B déplaçable sur le plateau A suivant la coordonnée y et équipé d'un dispositif d'entraînement, des disposi tfs de maintien commandables, qui agissent suivant la coordonnée K sur les surfaces de maintien de support des têtes de mesure,sont montés fixes sur le plateau B et sur le bâti. Grâce à ces formes de réalisation conformes à 1 l'in- vention - toutes les opérations de positionnement peuvent tre exécu tées uniquement avec un système de positionnement compor tant un dispositif d'entraînement pour chaque coordonnée, - le nombre c7es modules et des points de réglage est réduit au minimum, - une précision élevée et une résolution élevée de distance dans le positionnement relatif sont garanties, - les tâches de positionnement peuvent être exécutées avec la même précision élevée et avec la même résolution élevée, et - le nombre des têtes de mesure peut être inférieur au nom bre des surfaces de mesure présentes sur la pièce à usiner. Au total, ceci permet de faire des économies en appareillages de production et en temps de production,et per- met d'améliorer de façon importante la qualité des pièces à usiner. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente un principe du dispositif utilisant un système de positionnement suivant deux coordonnées comportant un plateau mobile - la figure 2 illustre le principe du dispositif utilisant un système de positionnement suivant deux coordonnées, et comportant deux plateaux mobiles et un support des têtes de mesure qui peut être positionné uniquement suivant la coordonnée y par rapport à la pièce à usiner - la figure 3 représente un organe de guidage situé sur le plateau B - la figure 4 représente un organe de guidage situé sur le plateau A ; et - la figure 5 illustre le principe du dispositif utilisant un système de positionnement suivant deux coordonnées comportant deux plateaux mobiles. On va décrire ci-après le procédé en tant que partie du cycle technologique intervenant dans la fabrication de résistances de mesure de température en platine, sur la base de l'usinage de résistances de 100 ohms. Afin d'insérer des pistes sinueuses dans la couche de platine des résistances disposées sur un substrat cé ramique,et de réaliser par conséquent une résistance électrique variable en fonction de la température, on doit usiner, avec enlèvement de matière, et ce au moyen du procédé décrit conforme à l'invention, le substrat céramique recouvert de platine et ayant pour dimensions 100 mm x 60 mm x 0,8 mm, sur lequel quatre rangées comprenant chacune trentedeux résistances ayant pour dimensions 3 mm x 15 mm doiverlt être fabriquées. Les différentes résistances ont été délimitées les unes par rapport aux autres par un bordage, conformément au procédé conforme à l'invention. On a mesuré la résistance pendant l'insertion des pistes sinueuses ou pendant l'équilibrage des résistances. Aucune mesure de résistances n'a été effectuée pendant le bordage des résistances. L'usinage avec enlèvement de matière a été mis en oeuvre en utilisant un faisceau, focalisé sur un foyer d'un diamètre de 25 Vm,d'unlaserdutype Nd:YAG. Le système utilisé de positionnement suivant de coordonnées était constitué par deux E:lateaux- mobiles et comportait des dispositifs de maintien pour un support de têtes de mesure. Le support des têtes de mesure comportait sotte quatre têtes de mesure disposées selondesrangées (deuxsondes de mesure pour chaque résistance).Les têtes de masure étaient réalisées sous la forme de pointes de contact et étaient disposées à une distance de 0,5 mm du substrat pendant les phases opératoires a) à d) conformes à l'invention. Conformément aux phases opératoires conformes à l'invention, on a positionné le support des têtes de mesure par rapport au substrat céramique, en partant d'une positi.on initiale définie, de manière que les soixante quatre têtes denesu- reviennent successivement en vis-a-vis des surfaces de mesure des résistances de toutes les rangées. Les phases opératoires conformes à l'invention ont été mises en oeuvre de préférence les unes après les autres. Avec la mise en oeuvre de l'exemple de réalisation, il a été notamment possible d'exécuter toutes les phases opératoires et les opérations de positionnement avec un seul système de positionnement qui possédait une résolution de 0,25 tim pour chaque coordonnée, et seulement un dispositif d'entraînement pour chaque coordonnée. Seuls deux plateaux exécutaient des déplacements relatifs par rapport à un bâti. Le nombre des points de mesure sur le substrat était supérieur, avec un facteur 4, au nombre des couples de têtes de mesure. Le déplacement relatif de la pièce à usiner par rapport au faisceau laser a été effectué au niveau du point actif, ce qui a permis d'éviter des modifications du diamètre du foyer. Par rapport à des solutions usuelles, on a fait l'économie d'un système de positionnement le nombre des résistances pouvant être usinées pour chaque substrat, la précision de positionnement, la qualité du produit et le rendement de fabrication ont été accrus environ d'un facteur égal à 5. Conformément à la figure 1, un système connu en soi, librement programmable, de positionnement suivant deux coordonnées, qui est constitué par un bâti 1 et par un plateau 2 mobile par rapport au bâti l suivant les coordonnées x et y et équipé d'un dispositif d'entraînement 3 pour chaque coordonnée, des dispositifs de maintien 4, un support 5 pour des tetes de mesure, équipé de sondes de mesure 6 et de surfaces de maintien 7, des lignes 8 de transmission de signaux, et une pièce à usiner 9 comportant des surfaces de mesure 10 sont disposés de telle sorte qu'à l'aide du dispositif de la figure 1, les phases opératoires consistant à a) placer la pièce a usiner 9 sur le plateau 2 du système de positionnement suivant deux coordonnées et la fixer dans la position d'usinage, b) maintenir le support 5 des tetes de mesure, munies des têtes de mesure 6 et des surfaces de maintien 7, à l'aide de dispositifs de maintien 4 qui sont réalisés sous la forme d'electro-aimants et sont montés fixes sur le bâti 1, agissent suivant la coordonnée K et appliquent, d'une manière pouvant être commandée, des forces de maintien sur des surfaces de maintien 7 du support 5 des têtes de mesure, tout en garantissant des possibilités de déplace ment relatif entre le support 5 des têtes de mesure et la pièce à usiner 9, c) mettre les surfaces de mesure 10 de la pièce à usiner 9 en vis-a-vis des têtes de mesure 6 suivant la coordonnée K au moyen du plateau mobile 2 du système de positionne ment suivant deux coordonnées, d) libérer le support 5 des têtes de mesure par rapport aux dispositifs de maintien 4 après la phase opératoire b) tout en garantissant le maintien des têtes de mesure 6 en vis-a-vis des .surfaces de mesure 10 de la pièce à usi ner 9 suivant la coordonnée K, e) maintenir le support 5 des têtes de mesure au moyen de dispositifs de maintien 4, qui sont disposés sur le pla teau 2 du système de positionnement suivant deux coordon nées, et sont réalisés sous la forme d'électro-aimants, etauiagissentsuivant la coordonnée K et appliquent, d'une ma nière pouvant être commandée, des forces de maintien à des surfaces de maintien 7 du support 5 des tetes de mesure, tout en garantissant le maintien de têtes de mesure 6 en vis-à-vis des surfaces de mesure 10 de la pièce à usi ner 9, gf) mesurer des paramètres de la pièce à usiner à l'aide de têtes de mesure 6 et délivrer les informations à des ré cepteurs par l'intermédiaire de lignes 8 de transmission de signaux, moyennant le déplacement relatif simultané de la pièce à usiner 9 et du support 5 des têtes de mesure par rapport à un outil 11 réalisé de préférence sous la forme d'un faisceau laser, en utilisant le plateau mobile 2 du système de positionnement suivant deux coordonnées, et modifier les paramètres de la pièce à usiner au moyen de l'outil 11, et g) libérer le support 5 des têtes de mesure par rapport aux dispositifs de maintien 4 après la phase opératoire e) tout en garantissant le maintien des têtes de mesure 6 en vis à-vis des surfaces de mesure 10 de la pièce à usiner 9 sui vant la coordonnée K, sont mises en oeuvre en étant réalisées de préférence successivement,et les phases opératoires b) à g) sont répétées pour d'autres surfaces de mesure 10 situées sur la pièce à usiner 9. Les dispositifs de maintien 4 sont disposés à une distance de 0,1 mm par rapport aux surfaces de maintien 7 du support 5 des têtes de mesure. Conformément à la figure 2, on utilise un système de positionnement suivant deux coordonnées comportant deux plateaux mobiles,et qui est constitué par un bâti 1, par un plateau A 12 mobile par rapport au bâti 1 suivant la coordonnée x et équipé d'un dispositif d'entraînement 3, et par un plateau B 13 mobile sur le plateau A 12 suivant la coordonnée y et équipé d'un dispositif d'entraînement 3. Des dispositifs de maintien 4 sont montés fixes aussi bien sur le plateau A 12 que sur le plateau B 13. La particularité de ce dispositif réside, en liaison avec d'autres parties repérées sur la figure 1 et lors de l'exécution des phases opératoires confor mes -à l'invention, en ce que le support 5 des têtes de mesure peut être positionné par rapport à la pièce à usiner 9 uniquement suivant la coordonnée y. Ceci est avantageux lorsque le nombre des têtes de mesure 6 nécessaires correspond au nombre des surfaces de mesure 10 situées sur la pièce à usiner 9, suivant la coordonnée x. Conformément à la figure 3, des organes de guidage 14 sont montés fixes sur les dispositifs de maintien 4, qui sont montés fixes sur le plateau B 13, afin d'empêcher, dans le cas d'un dispositif conforme à la figure 2, des déplacements relatifs du support 5 des têtes de mesure par rapport au plateau B 13. La figure 4 montre un autre agencement d'organes de guidage 14 sur des dispositifs de maintien 4, qui sont montés fixes sur le plateau A 12. Cet agencement fonctionne de la même manière que celui représenté sur la figure 3. La figure 5 représente un autre mode de réalisation du dispositif comportant un sytème de positionnement suivant deux coordonnées, comportant deux plateaux mobiles et dans lequel des dispositifs de maintien 4 sont montés sur le bâti 1 et sur le plateau B 13. Comme le montre également la figure 5, le support 5 des têtes de mesure est positionné ici par rapport à la pièce à usiner 9, suivant les coordonnées x et y. REVENDICATIONS 1. Procédé de positionnement relatif entre une pièce à usiner (9), un outil (1ç1) et des têtes de mesure (6), moyennant l'utilisation d'un système de positionnement librement programmable, qui contient au maximum un dispositif d'entraînement (3) pour chaque coordonnée, caractérisé en ce que les phases opératoires consistant à a) placer la pièce à usiner (9) sur le système de position nement et la fixer dans la position d'usinage, b) maintenir le support (5) des têtes de mesure (6), équipé de ces dernières dans une position définie par rapport à la pièce à usiner, au moyen d'un dispositif de maintien (4), suivant une autre coordonnée K par rapport aux coordonnées du système de positionnement, tout en garantissant des pos sibilités de déplacement relatif entre le dispositif por tant les têtes de mesure et la pièce à usiner, c) placer les surfaces de mesure (10) de la pièce à usiner en vis-a-vis des têtes de mesure (6' suivant la coordonnée K, au moyen du système de positionnement, d) libérer le support (5) des tetes de mesure par rapport au dispositif de maintien (4) après la phase opératoire b), tout en garantissant le maintien des têtes de mesure en vis-a-vis des surfaces de mesure de la pièce a usiner, sui vant la coordonnée K, e) maintenir le support (5) des têtes de mesure au moyen d'un dispositif de maintien (4) monté sur le système de position nement, suivant la coordonnée K, tout en garantissant le maintien des têtes de mesure en vis-a-vis des surfa ces de mesure de la pièce à usiner, f) mesurer des paramètres de la pièce à usiner à l'aide de têtes de mesure (6) tout en réalisant un déplacement re latif simultané de la pièce à usiner (9) et du support (5) des têtes de mesure par rapport à l'outil (11) au moyen du système de positionnement afin de modifier les paramé- tres de la pièce à usiner à laide de l'outil, et g) libérer le support (5) des têtes de mesure par rapport au dispositif de retenue (4) après la phase opératoire e) tout en garantissant le maintien des têtes de mesure (6) en vis-a-vis des surfaces de mesure (10) de la pièce à usi ner (9), suivant la coordonnée K, sont exécutées de préférence successivement, etence que les phases opératoires b) à g) sont répétées en rapport avec d'autres surfaces de mesure (10) situées sur la pièce à usiner. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la phase opératoire f), le support (5) des têtes de mesure exécute, de concert avec la pièce à usiner (9), des déplacements relatifs par rapport à l'outil (11) et que, par intervalles, aucune mesure n'est effectuée au mo.yen des têtes de mesure, pendant l'exécution de modifications sur la pièce à usiner. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que pendant les phases opératoires a) à d), une distance évitant un contact mécanique est maintenue entre les têtes de mesure (6) et les surfaces de mesure (10) situées sur la pièce à usiner. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on utilise de préférence un faisceau laser comme outil (11). 5. Dispositif de positionnement relatif entre une pièce a usiner (9), un outil (11) et des sondes de mesure (6), moyennant l'utilisation d'un système de positionnement librement programmable, de préférence un système de positionnement suivant deux coordonnées, qui est constitué par un bâti (1) et par un plateau (2) mobile par rapport au bâti (1) suivant deux coordonnées x et y et comportant un dispositif d'entraînement (3) pour chaque coordonnée, caractérisé en ce que des dispositifs de maintien (4) commandables, qui agissent, suivant la coordonnée K, sur des surfaces de maintien (7) du support (5) des têtes de mesure, sont montés fixes sur le plateau(2). 6. Dispositif selon la revendication 5, utilisant un système de positionnementsuivarltÇ coordonnées, librement programmable, qui est constitué par un bâti (1), par un plateau A (12) déplaçable par rapport au bâti suivant la coordonnée x et muni d'un dispositif d'entraînement, et par un plateau B (13) déplaçable sur le plateau A suivant la coordonnée y et équipé d'un dispositif d'entraînement, caractérisé par le fait que des dispositifs de maintien commandables (4), agissant suivant la coordonnée K sur des surfaces de maintien (7) du support (5) des têtes de mesure, sont montés fixes sur le plateau A (12) et sur le plateau B (13). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les dispositifs de maintien (4) sont réalisés de préférence sous la forme d'électroaimants. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les dispositifs de maintien (4) sont disposés de préférence à une distance maximale de 0,1 mm par rapport aux surfaces de maintien (7) du support (5) des têtes de mesure, suivant la coordonnée K. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que des organes de guidage (14), qui empêchent le déplacement relatif du support (5) des têtes de mesure suivant coordonnée x par rapport au plateau A (12), sont montés fixes sur le plateau A (12) ou sur le plateau B (13). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, utilisant un système de positionnement suivant deux coordonnées, librement programmable, qui est constitué par un bâti (1), par un plateau A (12) déplaçable par rapport au bâti suivant la coordonné x et muni d'un dispositif d'entraînement, et par un plateau B (13 déplaçable sur le plateau A suivant la coordonnée y et équipé d'un dispositif d'entrainement, caractérisé en ce que des dispositifs de maintien commandables (4), qui agissent suivant la coordonnée K sur des surfaces de maintien ( 7 ) du support (5) des têtes de mesure, sont montés fixes sur le plateau B (13) et sur le bâti (1).