Brevet FR2597018A1 — publié le 19871016

La présente invention concerne un appareil de détection de la position d'une ligne et plus précisément un appareil destiné à détecter la position d'une ligne, par exemple un trait de repère formé par traçage, une marque 5 rectiligne, le bord constituant l'extrémité d'un matériau, etc., l'appareil pouvant être utilisé avec une machineoutil, par exemple une cintreuse. On a déjà utilisé un processeur d'image comme appareil de détection de la position d'une ligne, par exemple un 10 trait de repère, une marque rectiligne, un bord de pièce, etc. Le processeur d'image permet une détection précise de la position d'une ligne, mais il pose un problème car un tel appareil de traitement a une structure compliquée et est donc trop coûteux pour pouvoir être utilisé dans une machine-outil dans laquelle un trait de repère doit être détecté afin qu'il permette l'augmentation de la précision de traitement. Compte tenu de ces problèmes, l'invention concerne essentiellement un appareil de détection de la position 20 d'une ligne permettant une telle détection de manière précise malgré une configuration relativement simple, et ayant donc un faible coût. A cet effet, l'appareil de détection de la position d'une ligne selon l'invention comporte (a) un dispositif 25 destiné à irradier une surface à mesurer avec un faisceau lumineux, (b) un dispositif destiné à faire tourner le faisceau lumineux émis par le dispositif d'irradiation de la surface mesurée afin qu'il décrive un lieu circulaire à la surface, avec des coordonnées dont l'origine se trouve 30 au centre du cercle, (c) un dispositif de détection d'une position angulaire du dispositif d'entraînement en rotation du faisceau lumineux par rapport à un axe de coordonnées, (d) un dispositif de détection de l'intensité du faisceau lumineux réfléchi par la surface, et (e) un dispositif 35 destiné à détecter une position angulaire pour laquelle l'intensité du faisceau lumineux réfléchi par la surface varie du fait de la présence de la ligne en un point au moins d'intersection de la ligne et du lieu circulaire, et de calcul du point indiqué par les coordonnées x-y en fonction du diamètre du lieu circulaire d'irradiation et de la position angulaire détectée. Le dispositif d'irradiation de la surface mesurée comporte une diode laser, un collimateur, un prisme, un miroir, etc. Le dispositif d'entraînement en rotation du faisceau lumineux est un moteur. Le dispositif de détection de la position angulaire du faisceau est un 10 codeur. Le dispositif de détection d'intensité du faisceau lumineux est un photocapteur. Lorsqu'une ligne formée sur la surface mesurée est sous forme d'une encoche en V, le dispositif de détection de la position angulaire calcule une valeur moyenne de 15 deux positions angulaires auxquelles l'intensité du faisceau lumineux est réduite du fait de la présence des deux pointes de l'encoche. Le dispositif de calcul des coordonnées x-y calcule une position de ligne comme étant égale à -x = (D/2) cos8, D désignant le diamètre du lieu 20 circulaire et G une position angulaire. Lorsque deux points d'intersection de la ligne et du lieu circulaire sont détectés, un point intermédiaire, compris entre les deux points, est calculé comme représentant une position moyenne. Lorsque deux appareils de détection de la position 25 d'une ligne sont disposés à une certaine distance, en direction sensiblement parallèle à une ligne détectée, une ligne peut être obtenue par connexion de deux points détectés par chacun des appareils de détection. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 30 seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1A est une élévation frontale d'une cintreuse à laquelle s'applique un appareil de détection 35 de position d'une ligne selon l'invention; la figure lB est une élévation latérale de la cintreuse représentée sur la figure lA; la figure 1C est une vue arrière de la cintreuse des figures 1A et lB; la figure 2 est une coupe en élévation latérale partielle représentant un ensemble capteur de l'appareil 5 de détection de la position d'une ligne selon l'invention; la figure 3 est un diagramme synoptique d'un circuit de mesure de l'appareil de détection de la position d'une ligne selon l'invention; la figure 4A représente une ligne à détecter et un 10 lieu décrit par l'appareil de détection de la position d'une ligne; et la figure 4B est une représentation graphique représentant la relation entre la tension du capteur et la position angulaire (angle) du lieu décrit par l'appareil 15 de détection de la position d'une ligne. On décrit d'abord, à titre illustratif et en référence aux figures 1A, lB et 1C, une cintreuse à laquelle s'applique un appareil de détection de la position d'une ligne selon l'invention. Une cintreuse 1 destinée à cintrer une pièce W sous forme d'une feuille a une base 5 de machine en forme de caisson sur laquelle une matrice inférieure 3 est montée. Deux organes droit et gauche de guidage 7R et 7L sont placés de part et d'autre de la base 5. Deux montants 25 9R et 9L de guidage sont supportés verticalement par les organes 7R et 7L afin qu'ils puissent- coulisser verticalement. Une table supérieure 13 (piston) destinée à supporter une matrice supérieure 11 est supportée par les montants droit et gauche 9R et 9L de guidage, des deux côtés. 30 La matrice supérieure 11 cintre une pièce W en coopération avec la matrice inférieure 3. Les extrémités inférieures des montants de guidage 9R et 9L sont raccordées par des bielles 17R et 17L respectivement à des parties excentriques 15E d'un arbre excentrique 15 (vilebrequin) suppor35 té par la base 5 afin qu'il puisse tourner. Dans la construction qui précède, lorsque l'arbre excentrique 15 est entraîné en rotation, la table supé- rieure 13 est déplacée verticalement en étant guidée par les montants 9R et 9L. En conséquence, lorsqu'une pièce W est placée sur la matrice inférieure 3 et lorsque l'arbre excentrique 15 est alors entraîné en rotation afin que 5 la table supérieure 13 soit abaissée, la matrice supérieure 11 vient coopérer avec la matrice inférieure 3 si bien que la pièce W est cintrée. Lors du cintrage d'une pièce W comme décrit précédemment, deux appareils 19 de détection de la position 10 d'une ligne, destinés à détecter optiquement une ligne de repère décrite sur la pièce W, sont montés à la surface arrière de la table supérieure 13. En outre, le dispositif 21 de réglage de calibre arrière (un calibre arrière implique une position relative d'une pièce par rapport à 15 une position de référence) est placé à la face arrière de la matrice intérieure 3 (sur le côté droit de la figure lB) afin que la pièce W soit positionnée avec précision en fonction d'un signal de détection provenant de l'appareil 19 de détection de la position d'une ligne. En outre, 20 la cintreuse 1 a un panneau 23 de commande et un capteur d'épaisseur destiné à détecter l'épaisseur de la pièce W à cintrer et à transmettre les données détectées au panneau 23 de commande. L'appareil 19 de détection de la position d'une ligne 25 a deux organes de support 29R et 29 L (représentés sur la figure 1C) afin qu'ils soient réglables vers la droite et vers la gauche le long de deux rails 27 de guidage placés horizontalement à la face arrière de la table supérieure 13. Un boulon de fixation ayant un bouton 31R ou 30 31L de fixation est fixé à chaque organe de support 29R ou 29L afin que chacun de ces organes soit fixé aux rails 27 de guidage. Deux organes élévateurs 35R et 35L sont associés aux organes de support 29R et 29L respectivement, et deux vérins élévateurs 37R et 37L sont destinés à dépla35 cer les organes élévateurs 35R et 35L en direction verticale. Les capteurs SR et SL sont montés sur les organes élévateurs 35R et 35L respectivement comme représenté sur la figure 2. En conséquence, les deux appareils 19 de détection sont mobiles en translation le long des rails 27 de guidage et verticalement avec les organes élévateurs 35R et 35L 5 sous la commande des vérins élévateurs 37R et 37L. Lorsque les vérins 37R et 37L sont tous deux commandés, les deux capteurs S (SR et SL) sont rapprochés de la surface de la pièce W. Sur la figure 2, chaque capteur S comporte unboîtier 10 cylindrique 39 et un couvercle supérieur 41 destiné à recouvrir le boîtier 39. Un support 47 de collimation est fixé à la face interne du couvercle supérieur 41 afin qu'il loge une diode laser 43 et deux lentilles 45 de collimation destinées à focaliser un faisceau laser émis 15 par la diode 43 à un emplacement se trouvant suivant l'axe optique afin qu'un faisceau de mesure soit formé. Un arbre rotatif creux 49 est disposé au centre du boîtier 39 afin qu'il soit entrainé en rotation par un moteur 51, autour de l'axe optique. Un codeur 53 est dispo20 sé à l'extrémité supérieure de l'arbre rotatif 49 afin qu'il mesure la position angulaire actuelle de l'arbre rotatif 49 entraîné en rotation par le moteur 51 en fonction d'un signal pulsé représentatif d'une position angulaire. Une plaque rotative 59 est fixée à l'extrémité 25 inférieure de l'arbre rotatif 49 et a un prisme 55 disposé juste au-dessous de la partie creuse sur l'axe optique de l'arbre 49 afin qu'un faisceau LB provenant de l'intérieur de l'arbre 49 soit dévié en direction perpendiculaire à l'axe optique de l'arbre 49, et un miroir 57 des30 tiné à éclairer la pièce W avec le faisceau LB renvoyé par le prisme 55, à un emplacement prédéterminé P. Lorsque l'arbre 49 est entraîné en rotation, la position P décrit un lieu circulaire de diamètre prédéterminé D (par exemple 10 mm) sur la pièce W comme représenté sur la figure 4A. 35 D'autre part, une lame transparente 61 est fixée à la partie inférieure du boîtier 39, et un photocapteur 63 est monté à la face supérieure centrale de la plaque 61 afin qu'il détecte l'intensité du faisceau laser LB réfléchi par la pièces W à l'emplacement P. sous forme d'une tension. Le diamètre du photocapteur 63 est déterminé à une valeur suffisamment faible, par rapport au diamètre 5 D du lieu. En outre, la plaque transparente 61 est supportée par le boîtier 39 par l'intermédiaire d'un couvercle élastique 65 de protection contre la lumière. La figure 3 est un diagramme synoptique du circuit 67 de mesure de l'appareil de détection de la position 10 d'une ligne, mettant en oeuvre une partie d'un système 69 de commande numérique incorporé à la cintreuse (par exemple un organe 71 de commande de mesure, un calculateur 73 et un dispositif 75 de commande du dispositif de réglage du calibre arrière). Le circuit 67 de mesure est composé 15 d'un circuit 77 de commande de diodes laser, d'un circuit 79 de commande de vérin, d'un circuit 81 de commande de moteur, d'un amplificateur 83 de photocapteur, et du codeur 53, en plus d'une partie (71, 73, 75) du système 69 de commande numérique. Les signaux détectés de position Pi 20 et P2 sont transmis au circuit 75 de commande de réglage de calibre arrière afin que le dispositif 21 de réglage soit commandé. L'organe 71 de commande de mesure transmet un ordre parvenant au circuit 77 de commande de diode laser, au 25 circuit 79 de commande de cylindre et au circuit 81 de commande de moteur lorsque la procédure de traitement arrive à un moment o un trait de repère doit être détecté. A la suite de cet ordre, le circuit 77 de commande de diode laser transmet une tension prédéterminée à la 30 diode laser 43 afin que celle-ci émette un faisceau lumineux. A la suite de l'ordre, l'organe 79 de commande de vérin commande les vérins 37 (37R et 37L) afin que les extrémités des capteurs S (SR et SL) soient à proximité 35 de la face supérieure de la pièce W. A la suite de cet ordre, l'organe 81 de commande de moteur commande le moteur 51. Celuici est entraîné après déplacement des vérins 37 et le capteur 5 descend près de la pièce W. En outre, le moteur 51 est entraîné en rotation pendant un tour à la suite de l'ordre si bien que la plaque 59 de rotation du capteur S tourne aussi d'un tour. Le calculateur 73 vérifie la position angulaire à laquelle l'intensité du faisceau lumineux réfléchi par la surface présente des variations dues à la présence d'un trait, et calcule une position de trait en fonction 10 d'un signal pulsé représentatif de l'angle G transmis par le codeur 53 et d'un signal de détection V transmis par le photocapteur 83, comme décrit dans la suite plus en détail. L'organe 75 de commande du dispositif de réglage 15 de calibre arrière crée un signal de calibre arrière (signal de correction) en fonction de la valeur détectée de la position du trait de repère, et il transmet le signal au dispositif 21 de réglage de calibre arrière afin que la position de référence de la pièce W soit corrigée. On considère maintenant le fonctionnement de la cintreuse et de l'appareil de détection de la position d'une ligne. Comme l'indique la figure 4A, un trait 85 de repère est formé sur la pièce W afin qu'une position de cintrage 25 soit déterminée avec précision. Le trait 85 est formé par un dispositif de traitement convenable, par exemple une machine (poinçonneuse à tourelle) ou manuellement. Un trait 85 de repère peut être décrit comme étant placé à une position de cintrage ou à une position séparée d'une 30 distance D de la position de cintrage comme représenté sur la figure lB. Cette distance D est déterminée compte tenu des positions des matrices 3 et 11 et de l'appareil 19 de détection. Lorsque le dispositif 21 de réglage de calibre arrière 35 (représenté sur la figure lB) est commandé, l'extrémité avant du dispositif de réglage est mise au contact de l'extrémité arrière de la pièce W afin que le trait de repère 85 se trouve juste au-dessous du capteur S. L'opérateur règle la distance comprise entre les deux capteurs SR et SL à l'aide des boutons 31R et 31L, et pousse des commutateurs du tableau de commande 23 afin 5 que l'appareil 19 de détection de la position d'une ligne fonctionne. On décrit maintenant plus en détail le fonctionnement de l'appareil 19. Les vérins 37R et 37L représentés sur la figure 1C 10 assurent l'abaissement de l'extrémité inférieure du couvercle 65 de chaque capteur à un emplacement qui se trouve un peu au-dessus de la pièce W (à une distance d'environ 0,5 à 1 mm). Le couvercle 65 est formé d'un matériau mou, par exemple de caoutchouc, afin qu'il ne puisse pas être 15 détérioré par la pièce W lorsqu'il est mis au contact de celle-ci, en présence d'un gauchissement de la pièce W. Ensuite, la diode laser 43 du capteur S commence à émettre un faisceau laser et le moteur 51 fait tourner 20 l'arbre 49, si bien que la pièce W est éclairée par un faisceau laser LB qui décrit un lieu circulaire 8 de diamètre D. On suppose que l'axe optique du capteur SR se trouve à l'origine O d'un système de coordonnées x-y et la plaque 25 59 tourne d'un tour dans le sens des aiguilles d'une montre, à partir d'une position P0 ( =0) indiquée sur la figure 4A. Le photocapteur 63 détecte l'intensité de la lumière réfléchie par le lieu 87 en fonction de l'angle de rotation 30 0. Comme l'indique la figure 4B, le signal B de détection est tel qu'il existe deux creux profonds avant et après l'emplacement d'interstion P1 du lieu circulaire 87 et du trait de repère 85. Le creux de la courbe de tension est formé parce que la quantité de lumière réfléchie est 35 réduite sur les surfaces inclinées du trait de repère ayant une forme en V en coupe. Dans ce cas, les points d'intersection de la tension V de détection et d'une ten- 2 597 0 1 8 sion comparative Vc (déterminée en position intermédiaire par rapport au creux) sont appelés 9, 4 et 6' 7 3' 84 et 6, 97' Chaque point intermédiaire, entre 93 et 04, est appelé 85, les points intermédiaires compris entre 96 et 97 sont 5 appelés 8' et les points compris entre G5 et 88 sont appelés 99. D'après la relation indiquée sur les figures 4A et 4B, le calculateur 73 détermine un point d'intersection P1(Xl, y1) sous la forme x1 = -(D/2). cos 99 (1) Y1 = (D/2). sin 99 (2) L'autre point d'intersection P2 (x2, Y2) peut être obtenu de la même manière. Le calculateur 73 détermine une position du trait 15 de repère 85 par calcul d'un point intermédiaire (P1 + P2)/2, entre les deux points P et P2. De la même manière, l'autre capteur SL calcule une position du trait de repère 85. Comme décrit précédemment, la position du trait de 20 repère 85 est détectée par les deux capteurs SR et SL et l'organe 75 de commande du dispositif de réglage du calibre arrière crée un signal de décalage AD représentatif d'une correction du dispositif 21 de réglage. Ce dispositif 21 règle le calibre arrière, c'est-à-dire assure 25 la correction AD afin que le trait 85 de repère vienne juste au-dessous du capteur S. L'opérateur commande un dispositif à pédale (non représenté) provoquant l'abaissement de la matrice supérieure 11, et donc le cintrage de la pièce W, après com30 mande du dispositif de réglage de calibre arrière, afin que l'extrémité de celui-ci soit au contact de l'extrémité de la pièce. Dans l'appareil 19 de détection de la position d'une ligne, décrit précédemment, la position d'un trait de 35 repère est détectée par deux capteurs séparés par une certaine distance. Cependant, il s'agit d'un exemple destiné à coopérer avec une cintreuse. Un trait de repère peut évidemment être détecté avec utilisation d'un seul capteur SR ou SL. Bien qu'on ait décrit le mode de réalisation précédent en référence à un trait de repère, toute autre ligne, 5 par exemple des marques rectilignes, l'extrémité d'une feuille, etc. peuvent être détectées de la même manière. Comme décrit précédemment, l'invention permet la réalisation d'un appareil de détection de la position d'une ligne ayant une structure simple, permettant une 10 détection précise des diverses positions de lignes telles que des traits de repère, des marques, des bords de pièce, etc. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux appareils qui viennent 15 d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. 2 5 97018 REVENDICATIONS 1. Appareil de détection de la position d'une ligne se trouvant sur une surface, caractérisé en ce qu'il comprend (a) un dispositif (43) destiné à irradier une surface à mesurer avec un faisceau lumineux, (b) un dispositif (51) destiné à faire tourner le faisceau lumineux émis par le dispositif d'irradiation de manière qu'il décrive un lieu circulaire à la surface, 10 avec une origine de coordonnées en son centre, (c) un dispositif (53) de détection d'une position angulaire du dispositif d'entraînement en rotation du faisceau lumineux par rapport à un axe de coordonnées, (d) un dispositif (63) de détection de l'intensité 15 du faisceau lumineux réfléchi par la surface, et (e) un dispositif (67) de détection de la position angulaire à laquelle l'intensité du faisceau lumineux réfléchi par la surface varie du fait de la présence de la ligne à au moins un point d'intersection de la ligne 20 et du lieu circulaire, et de calcul du point indiqué par les coordonnées x-y en fonction du diamètre du lieu circulaire irradié et de la position angulaire détectée. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'irradiation de la surface mesurée 25 comprend: (a) une diode laser (43) destinée à émettre un faisceau laser, (b) un collimateur (45) destiné à guider le faisceau laser sous forme d'un faisceau parallèle le long d'un 30 axe optique, (c) un prisme (55) destiné à renvoyer un faisceau laser collimaté perpendiculairement à l'axe optique, et (d) un miroir (59) destiné à réfléchir le faisceau laser renvoyé vers la surface à mesurer. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement du faisceau lumineux en rotation est un moteur (51). 2 597018 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de détection de la position angulaire est un codeur (53) destiné à créer un signal pulsé représentatif d'une position angulaire par rapport à l'axe de coordonnées. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de détection de l'intensité du faisceau lumineux est un photocapteur (63). 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé 10 en ce que, lorsque la ligne formée à la surface mesurée est une encoche ayant une section en V, le dispositif (67) de détection de la position angulaire calcule une valeur moyenne 99 de deux positions angulaires 95 et 98 pour lesquelles l'intensité du faisceau lumineux est 15 réduite du fait de la présence des deux bords de l'encoche. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de calcul des coordonnées x-y calcule une position de ligne sous la forme: -x = (D/2) Cos 09 y = (D/2) Sin 09 D représentant le diamètre du lieu circulaire irradié. 8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors de la détection de deux points d'intersection du trait et du lieu circulaire, le dispositif calcule 25 un point intermédiaire compris entre les deux points P1 et P2 sous la forme P = (P1 + P2)/2 9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux appareils (SL, SR) de détection de la posi30 tion d'une ligne sont disposés à une certaine distance l'un de l'autre, en direction sensiblement parallèle à une ligne à détecter, afin qu'une ligne soit obtenue par liaison de deux points calculés. 10. Appareil selon la revendication 1, caractérisé 35 en ce que la ligne à détecter est un trait de repère inscrit sur un matériau en feuille (W). 11. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne à détecter est une marque formée sur un matériau en feuille (W). 12. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne à détecter est le bord d'une extrémité d'un matériau (W).