Brevet FR2604382A1 — publié le 19880401

La présente invention concerne un ensemble poutre-chariot comportant des moyens d'entrainement qui permettent d'imprimer un mouvement relatif entre la poutre et le chariot. L'invention s'applique aux ensembles poutres-chariots de grande dimension utilisés dans l'industrie, et concerne plus particulièrement, quoique non exclusivement, une machine de métrologie tridimensionnelle destinée à la mesure d'objets ou analogues, comportant au moins un tel ensemble poutre-chariot. Généralement, les moyens d'entrainement des ensembles poutres-chariots de ce type sont constitués soit par un système vis-écrou, soit par un système à crémaillère. D'une façon schématique, dans le premier cas, une vis susceptible d'être mue en rotation par un moteur est liée à la poutre et coopère avec un écrou solidaire du chariot. La rotation de la vis entralne alors le déplacement du chariot par rapport à la poutre ou bien, de la poutre par rapport au chariot, selon le type d'application de l'ensemble poutre-chariot. Dans le second cas, une crémaillère est agencée sur la poutre et coopère avec un pignon porté par le chariot. La mise en rotation du pignon sous l'action d'un moteur entraîne par exemple le déplacement de la poutre par l'intermédiaire de la crémaillère. Ces deux conceptions -de réalisation des ensembles poutres-chariots donnent des résultats satisfaisants. Cependant, ces ensembles poutres-chariots présentent des inconvénients quant à leurs conceptions proprement dites. En effet, les poutres ont des dimensions relativement importantes, fonction de la course de l'ensemble poutrechariot. De ce fait, les poutres doivent avoir une bonne rigidité, et en conséquence, elles sont réalisées en fonte ou en acier, voire même en granit. Il en ressort que celles-ci sont massiques. Ainsi, les organes moteurs, permettant d'assurer le déplacement entre les ensembles poutres et chariots, ces derniers réalisés également en un matériau rigide, doivent vaincre l'inertie importante des poutres, ce qui implique alors des accélérations lentes et des vitesses réduites de déplacement. De plus, du fait que les poutres sont massiques et bien qu'elles soient rigides, des contraintes mécaniques notamment de flexion et de cisaillement apparaissent, affectant ainsi, particulièrement dans l'application de ces ensembles à des machines de métrologie tridimensionnelles destinées à la mesure avec précision d'objets, la mesure de ceux-ci. Pour remédier à ces inconvénients, le document FR-2 560 985 prévoit un système de compensation. Toutefois, un tel système complique la structure de la machine tridimensionnelle. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus sans système de compensation et concerne plus particulièrement un ensemble poutre-chariot q#ui allie les critères de légèreté et de rigidité, permettant alors des déplacements rapides, ainsi qu'une conception originale des moyens d'entraînement plus simple et moins coûteuse. A cet effet, l'ensemble poutre-chariot comportant des moyens d'entraînement pour imprimer un mouvement relatif entre ladite poutre et ledit chariot parallèlement à l'axe de la poutre, est remarquable, selon l'invention, en ce que ladite poutre est réalisée en un matériau composite à fibres résistantes et résine durcissable, et en ce que les moyens d'entraînement dudit chariot sur ladite poutre sont constitués par au moins un galet moteur lié audit chariot, et par une bande souple et inextensible disposée suivant la direction longitudinale de ladite poutre en étant solidaire de celle-ci en deux endroits espacés l'un de l'autre, ladite bande s'enroulant partiellement autour dudit galet moteur en étant tendue sur ladite poutre, de façon que, lorsque ledit galet moteur est mû en rotation, celui-ci roule sans glisser sur ladite bande provoquant ainsi un mouvement relatif entre ladite poutre et ledit chariot. Ainsi, grâce à l'utilisation d'une poutre réalisée en un matériau composite à fibres résistantes et résine durcissable procurant légèreté et rigidité, l'ensemble poutre-chariot peut être soumis à des accélérations et vitesses plus élevées par l'intermédiaire de moyens d'entraînement de conception simple, légère et efficace. Bien qu'elles puissent être en verre, bore, Kevlar ou en une matière analogue, il est avantageux que lesdites fibres résistantes du matériau constituant ladite poutre soient en carbone. Dans un mode préféré de réalisation, ladite bande est pincée à ses extrémités sur ladite poutre. Ainsi, la course maximale entre la poutre et le chariot correspond sensiblement à la longueur de ladite bande. Ladite bande peut être réalisée en un matériau magnétique, des pistes magnétiques étant alors disposées le long de la poutre. Ainsi, la bande est constamment plaquée sur la poutre. Dans une forme préférée de réalisation, lesdits moyens d'entraînement peuvent comprendre au moins deux galets de guidage disposés de part et d'autre dudit galet moteur, ladite bande plaquée sur ladite poutre venant s'enrouler d'abord autour d'un premier galet de guidage, puis autour dudit galet moteur, pour s'enrouler ensuite autour d'un second galet de guidage, ladite bande se plaquant ensuite sur ladite poutre. Afin que la partie de la bande, ou boucle, passant autour desdits galets soit convenablement tendue, lesdits moyens d'entraînement comprennent au moins un système tendeur. De plus, il peut être particulièrement intéressant de quantifier les déplacements relatifs entre la poutre et le chariot. Ainsi, selon l'invention, l'ensemble poutrechariot comporte des moyens de mesure permettant de déterminer ces déplacements relatifs. Dans un mode préféré de réalisation, lesdits moyens de mesure sont constitués par une règle disposée longitudinalement sur ladite poutre, et par un capteur fixé audit chariot, ledit capteur étant constamment en regard de ladite règle lors du déplacement relatif poutre-chariot. Avantageusement, ladite règle est disposée sous ladite bande. Ainsi, ladite bande souple et inextensible recouvre la partie de ladite règle qui n'est pas en cours de lecture par ledit capteur, faisant office de protection. Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite règle peut être logée dans une rainure ménagée dans ladite poutre, ladite rainure comportant également lesdites pistes magnétiques agencées de part et d'autre de ladite règle. La présente invention concerne également une mac#hine de métrologie tridimensionnelle destinée à la mesure d'objets ou analogues, remarquable en ce qu'elle comporte au moins un ensemble poutre-chariot défini ci-dessus. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 représente en coupe un ensemble poutre-chariot selon l'invention. Les figures 2,3 et 4 représentent respectivement des sections selon les lignes II-II, III-III et IV-IV de la figure 1. La figure 5 illustre schématiquement en perspective une machine de métrologie comportant au moins un ensemble poutre-chariot selon l'invention. L'ensemble selon l'invention, montré en regard des figures, est constitué d'une poutre 1 et d'un chariot 2 coopérant entre eux. Des moyens d'entraînement 3 permettant le mouvement relatif entre la poutre 1 et le chariot 2 parallèlement à l'axe longitudinal 4 de la poutre. Dans l'exemple illustré, le chariot 2 est fixé en étant solidaire par exemple d'une structure non représentée ; la poutre 2 peut donc se déplacer en coulissant dans le chariot par l'intermédiaire des moyens d'entraînement 3. Dans une variante de réalisation, la poutre aurait pu être fixée par au moins ses extrémités à une structure, le chariot étant alors mobile par rapport à la poutre. Le chariot peut alors être utilisé comme moyen de déplacement d'objets d'un point à un autre. La poutre 1 présente une section hexagonale dont deux faces opposées 5 et 6 ont une dimension plus importante que les quatre autres faces 7 identiques opposées deux à deux. La section pourrait être tout autre telle que carré, rectangulaire, en forme de C, de H etc. Selon l'invention, la poutre de longueur relativement importante, comme le sont souvent ces types d'ensemble poutres-chariots, est avantageusement réalisée en un matériau composite à fibres résistantes et résine durcissable. Ces fibres résistantes sont en carbone ainsi, une telle poutre 1 présente des caractéristiques mécaniques particulièrement intéressantes pour ces ensembles poutres-chariots notamment concernant leurs rigidité et légèreté. Les moyens d'entraînement 3, qui permettent d'assurer le déplacement de la poutre 1 par rapport au chariot 2, sont constitués par un galet moteur 9 monté sur un axe 10 issu d'un moteur d'entraînement 11, par exemple électrique (figures 1 et 3). Le galet 9 est maintenu en translation sur l'axe 10, et est lié en rotation avec ce dernier au moyen par exemple d'une clavette 12. L'axe de ro#tation 10 portant le galet 9 est orthogonal à l'axe longitudinal 14 de la poutre 1, et parallèle aux faces 5 et 6 de la poutre. Le moteur électrique 11 est fixé au moyen de vis 14 sur le carter 15 définissant la forme extérieure du chariot 2. La forme de ce carter 15 est tout à fait arbitraire et pourrait être différente en fonction notamment du critère d'encombrement. Les moyens d'entraînement 3 comprennent également une bande 16 souple et inextensible disposée sur la face 5 de la poutre 1 selon la direction longitudinale de celle-ci. La bande 16 est maintenue à ses extrémités au moyen de frettes 18 pinçant ainsi les extrémités de la bande sur la poutre. Comme montré sur la figure 1, la bande souple et inextensible s'enroule partiellement autour du galet moteur 9 en formant une boucle 19. La bande doit être convenablement tendue pour que le galet moteur 9, lorsqu'il est mû en rotation par le moteur 11, puisse entraîner la bande 16 en roulant sans glisser sur celle-ci. Pour cela, la partie de la bande 16 reposant sur la face 5 de la poutre 1 doit être constamment plaquée sur celle-ci de même, la boucle 19 de la bande, qui n'est plus au contact de la poutre, doit être correctement tendue pour éviter que le galet moteur puisse glisser sur la bande et rompre alors l'entraînement bande/galet. Pour assurer ces fonctions, la bande est réalisée en un matériau métallique magnétique, souple et inextensible. Une rainure 21 est ménagée dans la face 5 de la poutre 1, et reçoit par exemple deux pistes magnétiques 23 collées sur le fond de la rainure 21. Ainsi, grâce à ces pistes magnétiques 23, la bande 16 est constamment plaquée contre la face 5 de la poutre. Quoique non représenté sur les figures, la bande, avant son application sur les pistes magnétiques, est mis sous-tension au moyen par exemple d'un dynamomètre relié à une des extrémités de la bande, de façon à exercer sur celle-ci une tension continue et constante. Quant à la tension de la boucle 19 de la bande 16, elle est obtenue par l'intermédiaire d'au moins un galet tendeur autour duquel s'enroule partiellement la boucle 19. Le galet tendeur 25 est monté rotatif autour d'un axe 26, parallèle à l'axe 10, et lié par ses extrémités au carter 15 du chariot 2. Au moins un ressort 27, dont une extrémité est liée à l'axe 26 et dont l'autre extrémité est fixée à un axe 28 solidaire du carter 15, exerce une tension tendant à éloigner l'axe 26 de l'axe 10, ce qui maintient ainsi un contact ou frottement convenable entre le galet moteur 9 porté par l'axe 10 et la boucle 19 de la bande 16. De plus, deux galets de guidage 30 et 31 montés rotatifs respectivement autour d'axes 32 et 33 assurent une trajectoire et une courbure idéales de la bande 16. Les axes 32 et 33 sont également parallèles aux axes 10 et 26 et sont agencées par au moins une de leurs extrémités dans le carter 15. Bien évidemment, sans sortir du cadre de l'invention, on pourrait concevoir d'autres agencements et dispositions desdits galets, de même qu'on pourrait prévoir un second galet moteur et/ou un second galet tendeur. La poutre I est guidée dans ses déplacements grâce, par exemple, à deux jeux de roulettes 35 disposés respectivement (figure 1) au voisinage des extrémités du chariot 2. La figure 2 montre un des jeux de roulettes 35 dans lequel est guidée la poutre 1. Le long de chaque face 7 de celleci est disposée une piste de roulement métallique 36 avec laquelle coopère une roulette 37 montée rotative autour d'un axe 38 porté par un étrier 39 Chacun des étriers 39 est fixé par des vis 34 au carter 15. Les pistes métalliques 36 évitent ainsi une usure et une déformation prématurées des faces 7. Le guidage de la poutre dans le chariot s'effectue alors sans difficulté. En variante, le guidage de la poutre 1 pourrait être obtenu par des générateurs de coussins d'air. Le fonctionnement de l'ensemble poutre-chariot de l'invention est le suivant : #orsqu'on désire effectuer un déplacement ou un mouvement à la poutre 1 selon son axe longitudinal 4, on met en marche le moteur électrique 11 pour que celui-ci, par l'intermédiaire de l'axe 10, entraîne en rotation le galet moteur 9. Ce dernier provoque alors la mise en mouvement de la bande 16 défilant autour des différents galets. Les extrémités de la bande solidarisées à la poutre 1 entraînent par conséquent le déplacement de celle-ci, qui coulisse dans les jeux de roulettes 35 solidaires du chariot 2. Le galet tendeur 25 assure la condition de roulement sans glissement du galet 9 au contact de la bande 16, la boucle 19 étant toujours convenablement tendue. A un instant to, la partie de la bande 16 correspondant à la boucle 19 se trouve ensuite, à un instant tl, aimantée donc plaquée sur la face 5 de la poutre 1 par l'intermé- diaire des pistes magnétiques 21. Ainsi, selon l'invention, grâce à l'utilisation d'une poutre composite à fibres résistantes et résine durcissable, on peut imprimer des mouvements rapides entre la partie et le chariot dus notamment à la faible inertie de la poutre, sans pour autant employer des moteurs d'entrainement puissants, volumineux et massiques. Avantageusement, l'ensemble poutre-chariot peut être équipé de moyens de mesure permettant de déterminer les mouvements ou déplacements de la poutre par rapport au chariot. Ces moyens de mesure sont constitués, dans ce mode de réalisation, par une règle de lecture optique 40 disposée longitudinalement sur la face 5 de la poutre 1 et par un capteur optique 41. Ce dernier est constamment en regard de la règle lors du déplacement relatif poutre-chariot. En regard des figures 1 à 14, la règle 40 est située sous la bande, et est disposée dans le fond de la rainure 21, entre les deux pistes magnétiques 23. La règle 40 est donc recouverte par la bande 16, qui fait, avantageusement, office de protection.Quant au capteur 141, il est fixé au carter 15 du chariot 2 au moyen d'organes de liaison adaptés 142, et il est agencé entre les deux galets de guidage 32 et 33, c'est-à-dire à l'intérieur de la boucle 19 faite par la bande 16. L'axe de mesure du capteur 41 est perpendiculaire à la règle 140. Le capteur optique 41 est relié à un dispositif de traitement des signaux et de visualisation de la valeur des mesures effectuées, non représenté sur les figures. Ainsi, on peut connaître avec précision la valeur du déplacement de la poutre 1 par rapport au chariot 2 lorsque ladite poutre s'est mue en translation par l'intermédiaire des moyens d'entraînement 3. Une application de ces ensembles poutres-chariots est particulièrement intéressante sur les machines de métrologie dites tridimensionnelles destinées notamment à la mesure avec précision d'objets de formes complexes pouvant avoir des dimensions importantes. Comme on peut le voir sur la figure 5, une machine de ce type est schématiquement constituée d'une table 145 montée sur un socle 146 solidaire du sol. L'objet ou la pièce à mesurer, non représenté, est disposé sur la table 145. Un bâti mobile 147 est monté coulissant selon l'axe Oy d'un repère orthonormé 0,x,y,z par rapport à une poutre 148, par exemple~en granit, du socle 146. Ce bâti 147 comporte une poutre 52 agencée verticalement selon l'axe Oz de la machine, et sur laquelle est monté un chariot 50. Ce dernier, quoique de forme différente de celle du chariot 2 précédemment décrit, est de conception identique.Le chariot 50 est associé à une autre poutre 51 disposée selon l'axe Ox. Le chariot 50 se déplace le long de la poutre 52 et la poutre 51 se déplace par rapport au chariot 50. Ces poutres 51 et 52 sont semblables à la poutre 1 décrite ci-dessus. Les mouvements relatifs entre le chariot 50 et les poutres 51 et 52 sont assurés par des moteurs non représentés disposés à l'intérieur du chariot. Le galet moteur de chaque moteur coopère, de façon identique à la représentation illustrée de la figure 1, avec une bande souple inextensible agencée sur chacune des poutres 51 et 52. L'ensemble poutres-chariot comporte des moyens de mesure tels que ceux décrits ci-dessus. Chaque poutre est munie d'une règle de lecture optique avec laquelle coopère un capteur optique. Avantageusement, l'extrémité 60 de la poutre horizontale 51, ou bien de la poutre 1 illustrée en regard de la figure 1, est équipée d'un palpeur, par exemple optique, 62 permettant la mesure dans les trois dimensions Ox,Oy et Oz de l'objet à mesurer. En regard de la figure 1, les câbles 63 du palpeur 62 sont disposés dans une rainure 64 ménagée dans la face 6 de la poutre 1 ou 51. La mesure proprement dite de l'objet disposé sur la table 145 s'effectue par le palpeur optique dont les déplacements correspondent respectivement à des déplacements relatifs entre les poutres 51 et 52, et le chariot 50. Ces déplacements relatifs sont mesurés par l'intermédiaire des moyens de mesure qui, après traitements des signaux émis par les différents capteurs, affichent les mesures ainsi réalisées. La machine de métrologie tridimensionnelle effectue ainsi des mesures précises d'objets dont les formes peuvent être complexes et les dimensions importantes. Les différentes mesures desdits objets sont de plus réalisées rapidement grâce aux accélérations et vitesses importantes permises par l'utilisation de poutres composites de faible inertie REVENDICATIONS 1 - Ensemble poutre-chariot comportant des moyens d'entraînement (3) pour imprimer un mouvement relatif entre ladite poutre (1) et ledit chariot (2) parallèlement à l'axe (4) de ladite poutre, caractérisé en ce que ladite poutre (1) est réalisée en un matériau composite à fibres résistantes et résine durcissable, et en ce que les moyens d'entraînement (3) dudit chariot (2) sur ladite poutre (1) sont constitués par au moins un galet moteur (9) lié audit chariot, et par une bande (16) souple et inextensible disposée suivant la direction longitudinale de ladite poutre en étant solidaire de celle-ci en deux endroits espacés l'un de l'autre, ladite bande (16) s'enroulant partiellement autour dudit galet moteur (9) en étant tendue sur ladite poutre, de façon que, lorsque ledit galet moteur (9) est mû en rotation, celui-ci roule sans glisser sur ladite bande (16) provoquant ainsi un mouvement relatif entre ladite poutre (1) et ledit chariot (2). 2 - Ensemble poutre-chariot selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fibres résistantes du matériau constituant ladite poutre (1) sont en carbone. 3 - Ensemble poutre-chariot selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite bande (16) est pincée à ses extrémités sur ladite poutre (1#). 14 - Ensemble poutre-chariot selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite bande (16) est réalisée en un matériau magnétique, des pistes magnétiques (23) étant alors disposées le long de ladite poutre. 5 - Ensemble poutre-chariot selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraînement (3) comprennent au moins deux galets de guidage (30,31) disposés de part et d'autre dudit galet moteur (9), ladite bande (16) plaquée sur ladite poutre venant s'enrouler d'abord autour d'un premier galet-de gidage (30), puis autour dudit galet moteur (9), pour s'enrouler ensuite autour d'un second galet de guidage (31), ladite bande (16) se plaquant ensuite sur ladite poutre (1). 6 - Ensemble poutre-chariot selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraînement (3) comprennent au moins un système tendeur (25) permettant à la partie de ladite bande (16) ou boucle (19), s'enroulant autour dudit galet moteur (9) d'être sous tension. 7 - Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure (40,41) permettant de déterminer le déplacement relatif entre le chariot (2) et la poutre (1). 8 - Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure sont constitués par une règle (40) disposée longitudinalement sur ladite poutre (1), et d'un capteur (41) fixé audit chariot, ledit capteur étant constamment en regard de ladite règle lors du déplacement relatif entre la poutre et le chariot. 9 - Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite règle (40) est disposée sous ladite bande (16). 10 - Ensemble selon les revendications 4 et 8, caractérisé en ce que ladite règle (40) est logée dans une rainure (21) ménagée dans ladite poutre, ladite rainure (21) comportant également lesdites pistes magnétiques (23) agencées de part et d'autre de ladite règle. il - Machine de métrologie tridimensionnelle destinée à la mesure d'objets ou analogues, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un ensemble poutre-chariot défini selon l'une des revendications précédentes.