Brevet FR2620223A1 — publié le 19890310

Procédé pour faire glisser un support mobile sur une surface de référence et dispositif associé. La présente invention a pour objet un procédé pour déplacer par glissement une table de supportage sur une surface de référence avec une pression réduite sur cette surface de référence, ainsi qu'un dispositif de contrôle d'un état de surface mettant en oeuvre ce procédé. On sait que tout déplacement d'un mobile dans l'espace est soumis à trois types de défauts: - le lacet, - le tanguage, - le roulis. Des solutions connues de l'art antérieur proposent d'utiliser deux glissières à mouvements croisés qui provoquent la superposition de ces trois défauts et leurs interactions, de plus un tel dispositif est tributaire des tolérances d'usinage et des vibrations se propageant dans le système et notamment dans ces différentes glissières. C'est ainsi que le problème est imparfaitement résolu. Dans Le but d'améliorer néanmoins les performances des dispositifs existants, on en est venu à concevoir des produits de grande dimension, de masse élevée, de façon à limiter les effets néfastes des vibrations par L'inertie même du dispositif. On comprend qu'il faille de plus usiner ces pièces de grande taille avec une grande précision, ce qui conduit à des réalisations sans rapport avec les résultats obtenus et avec un prix de revient démesuré. Une autre solution consiste à faire déplacer le mobile par rapport à une surface sans qu'il soit en contact avec celle-ci. Le mobile est alors muni d'un système à coussins d'air. Là encore, les vibrations engendrées par ces systèmes à fuite d'air contrôlées font de cette solution qu'elle est inadaptée pour certaines applications particulières, voire même génératrice de défauts amplifies. Par ailleurs la solution la plus évidente consiste à faire déplacer par glissement le mobile en contact direct avec la surface de référence, mais alors la pression de contact est proportionnelle à la masse, ce qui élimine toute reproductibilité des résultats. En effet, ces frottements provoquent des variations dimensionnelles par variation de la température; on constate également une autre conséquence directe qui influe sur la qualité du déplacement en particulier lors du départ et de l'arrêt du mobile, c'est la dissymétrie dans la répartition des charges. Enfin, il existe un phénomène d'usure prématurée des surfaces de glissement en contact dans ce type de réalisation. De plus, il faut, pour faire déplacer le mobile, le soumettre à un mouvement aussi régulier que possible, ce qui n'est pas le cas. Les systèmes moteurs électriques avec axe entrainant une vis tournant dans un écrou à billes, rajoutent aux défauts premiers d'autres erreurs qui, cumulées, rendent impossibles les mesures de haute précision. Dans certaines applications de mesure d'état de surface par exemple, quelque soit le type de capteur placé sur le mobile support, La dispersion des mesures sur une trajectoire de profil peut atteindre en z une valeur de 5 micromètres. A titre d'exemple, on peut citer des valeurs d'espacement moyen des irrégularités dans différents types d'usinage, et des valeurs de profondeur en micromètres: û Espacement Profondeur Tournage 280 inférieure au poids du support et des accessoires. Le procédé prévoit que le glissement est adapté en fonction de l'opération effectuée à l'aide des accessoires suivant l'axe de Z. De plus le procédé est aussi caractérisé en ce que l'on mesure, en continu et par déplacement du support mobile, à l'aide d'un capteur monté sur une table à avance micrométrique solidaire de ce support mobile, les écarts géométriques de profondeur d'une pièce. Le procédé, selon une autre de ses caractéristiques, prévoit que le déplacement par glissement du support mobile est effectué durant la mesure dans la plage de mesure du capteur, interrompue lorsque l'on arrive en limite de plage, et pendant que la table à avance micrométrique fait effectuer au capteur une translation suivant l'axe Z, de façon à entamer une nouvelle mesure en continu des écarts géométriques. Le dispositif associé, quant à lui, comporte un support mobile qui est muni d'au moins trois vérins qui viennent prendre appui, par des moyens de roulement, sur la face supérieure des glissières et d'un patin fixé à sa face inférieure, réalisé en matériau à faible coefficient de frottement, autolubrifiant, résistant à l'usure, et usinable avec grande précision, le patin venant en appui sur la surface de référence. Ce support mobile est déplacé à l'aide d'une vis entrainée par un moteur avec réducteur type "Harmonic Drive" et vissant dans un écrou du type auto-alignant à rattrapage de jeu, solidaire du support mobile. Un accessoire tel qu'une table à avance micrométrique munie d'un capteur est, suivant une autre caractéristique, monté solidaire du support mobile. La direction de déplacement de cette table est perpendiculaire à la surface de référence, c'est-à-dire suivant l'axe Z. On comprend que de tels procédé et dispositif apportent un grand nombre d'avantages, parmi lesquels: - une faible charge sur les surfaces de glissement avec pour conséquence une diminution de l'effort de démarrage, et un arrêt plus précis en position donc une meilleure réponse. - une diminution de l'échauffement des pièces en mouvement, donc une plus faible déformation thermique des géométries, donc une meilleure qualité des déplacements. - une réduction du couple de rotation appliqué aux vis, donc un minimum d'incertitude de position des éléments, tout en utilisant des moteurs de plus faible capacité. - une grande précision de guidage. - possibilité de mesurer les écarts géométriques tels que: écart de forme, ondulation, rugosité. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description des modes de réalisation particuliers non limitatifs qui va suivre en regard des figures annexées qui représentent: Figure 1: représentation en perspective d'un dispositif selon l'invention; Figure 2: mise en place, sur le support mobile, d'une table à déplacement micrométrique; Figure 3: vue latérale du dispositif complet avec platine de rotation; Figure 4: courbe résultat obtenue avec le dispositif selon l'invention; Figure 5: dispositif avec support mobile tournant. Sur la figure 1, on voit le dispositif 1 selon l'invention. Ce dispositif est essentiellement constitué d'une surface de référence 2 qui est la face supérieure d'un bloc de marbre (3) en diabase en granit ou fonte stabilisée, lui-même reposant de façon isostatique sur un bâti 4. Le plan de référence est rectifié sur toute sa surface, mais on définit une surface utile située au centre, de façon à prendre en compte l'incertitude de planëité des bords engendrés par la rectification. Ainsi, pour une surface totale de 220 mm x 220 mm, seule la surface centrale de 200 mm x 200 mm est utilisée. Sur cette surface 2, est disposé le support mobile 5. Celui-ci est constitué d'un bloc parallélépipédique de dimensions inférieures à celles du bloc de référence, dont la partie supérieure est débordante pour réaliser deux ailes 6, 7. Ces dernières sont munies, de façon solidaire, de vérins tels que 8, réglables quant à l'effort qu'ils peuvent exercer par leurs extrémités libres 9, par ailleurs munies chacune d'un moyen de roulement tel qu'une bille 10 ou butée à billes. Ces billes roulent sur des glissières 11 et 12 orientées parallèlement aux côtés du bloc portant Les ailes. Ces glissières sont fixées sur deux tiges coulissantes 15 et 16. L'écartement de ces deux glissières est Légèrement inférieur à la largeur du support mobile pris dans une direction perpendiculaire à celle des ailes, de façon que le support soit légèrement précontraint dans sa limite élastique, annulant ainsi les jeux dans la direction perpendiculaire à celle du déplacement. De façon à assurer un frottement minimum, le support mobile est muni dans ses parties latérales en contact avec les glissières de patins 18 d'un matériau à faible coefficient de frottement, généralement à base de polytétrafluoroéthyLène et ses dérivés chargés ou non, plus particulièrement le matériau commercialisé sous la dénomination TURCITE. Dans cette application, on utilisera de la TURCITE chargée en bronze. A sa partie inférieure, le support mobile est muni d'une plaque 18 de TURCITE également, mais chargée en graphite pour un meilleur glissement sur le marbre. Ce support mobile 5 est également alésé en son centre, suivant une direction parallèle à celle des glissières 11, 12 et donc parallèLe à la direction de glissement indiquée par la double flèche 20. Cet alésage autorise le passage libre de la vis filetée 25 solidaire de l'axe du moteur 26 de même diamètre que celui de la vis fixée sur un support 27, lui-même bloqué sur la tige 15. Ceci permet un alignement rigoureux de l'axe du moteur et de la vis pour assurer leur concentricité et éviter te battement axial de la vis, cause d'incertitude de position. Le support mobile est muni d'un écrou auto-alignant à rattrapage de jeu 28. Cet écrou, commercialisé sous la dénomination GEMTO, est constitué de deux écrous pour lesquels un mouvement oscillant relatif est permis, tandis qu'ils sont comprimés l'un contre l'autre par un moyen élastique. Par construction, le jeu entre les deux écrous est tel qu'ils ne peuvent se toucher. Il en résulte un plaquage des filets de l'écrou sur les filets de la vis. Cette vis de déplacement est à profil triangulaire, cémentée, trempée, rectifiée et de faible diamètre. En effet, la vitesse de glissement périphérique des filets est faible et ceci est rendu possible par l'effort de traction faible résultant du faible coefficient de friction entre le support mobile et le marbre. Le moteur 26 est un moteur électrique pas à pas, dont le réducteur est d'un type particulier dit "HARMONIC DRIVE". Le réducteur est composé d'un pignon déformable roulant par déformation élastique sans jeu sur un engrenage à denture intérieure. Par cette déformation élastique du pignon, il y a toujours 3 à 4 dents en prise dans le couple pignon-roue, ce qui conduit à un lissage moyen des erreurs angulaires de position des vis de déplacement et par voie de conséquence des erreurs de position du support mobile dans le plan X- Y. Les tiges 15, 16 sont Liées à Leurs extrémités par un joug 30 et eLLes sont supportées et guidées par 4 paliers à biLles réglables, tels que 31 fixés sur le bâti 4, mis en précontrainte pour annuler le jeu de roulement du déplacement axial de ces tiges. Le joug est alésé en son milieu en 40 et muni également d'un écrou autoalignant 41 dans lequel visse une vis- 42. Ce montage étant identique au montage précédent. Un moteur électrique 43 pas à pas entraîne cette tige par réducteur interposé 44 du type "HARMONIC DRIVE". Ce moteur 43 est fixé directement sur le bâti 4. Les sens de déplacement par cette deuxième motorisation sont symbolisés par la double fLèche 45. A la figure 2, on a représenté un accessoire pouvant être mis en place sur le support mobile 5. Il s'agit d'une table à avance micrométrique du type de celles commercialisées sous la dénomination "MICRO-CONTROLE". La table est fixée en 51 au support mobile 5. Cette table est constituée d'un cadre 52 dans lequel coulisse, suivant l'axe Z perpendiculaire au plan de référence X-Y, un index 53. Ce dernier est entrainé par le système vis-écrou d'un moteur pas à pas 54. Cet index est à son tour porteur d'une tige cylindrique 55, à L'extrémité de laquelle est fixée une deuxième tige cylindrique 56, orientée perpendiculairemént à La première. Une tige interne 57 assure par le vissage de la molette 58 le déplacement de la troisième tige cylindrique par rapport à la première, ce qui conduit au blocage de la tige cylindrique 56 dans l'alésage 59 réalisé dans les tiges cylindriques 57 et 55. La tige verticale 56 porte à son extrémité inférieure un capteur 60 qui, en fonction des besoins, pourra être choisi pour le mesurage dimensionnel, à Lecture optique, à écoulement fluide ou thermique. Ce capteur est relié en 61 à une unité de traitement et de mémorisation des résultats mesurés. L'alimentation générale de la table à avance micrométrique est symbolisée en 62. On voit sur la figure 3 une vue latérale d'un dispositif selon l'invention et tel que représenté fig. 1 avec une table à avance micrométrique telle que représentée en fig. 2. Il est par contre complété par une platine orientable 80, dont une partie 81 est solidaire de la table 50 et l'autre 82 solidaire du support mobile 5. Le bâti support 4 est réalisé en fonte stabilisée à 400 C après ébauche d'usinage, il est constitué d'un caisson nervuré qui repose par des appuis situés sous les nervures. Sa forme est étudiée pour être fabriqué par moulage sans noyau. Il est prévu sur le bâti de fixer les pieds (91,92) d'une table (90) en profilé d'aluminium avec des rainures de fixation des pièces 93. Cette table peut être fixe ou mobile, par adjonction d'une motorisation adéquate (non représentée). La table porte- pièces tout comme l'ensemble du bâti peuvent également être isolés des vibrations parasites extérieures par des amortisseurs connus en soi. On va maintenant décrire le fonctionnement d'un tel dispositif suivant le procédé selon l'invention. Le procédé consiste à étalonner les vérins 8 et à exercer, par leur intermédiaire, sur 'les glissières 15 et 16, des efforts individuels tels que la somme de ces efforts soit légèrement inférieure à celui exercé par le poids du support mobile et de ses accessoires. La pression à l'interface support mobile-surface de référence est réduite, ce qui permet d'obtenir un déplacement régulier de très haute précision, compte-tenu des autres éléments de précision introduits dans la chaîne mécanique. Le matériau antifriction a aussi pour rôle d'absorber les vibrations parasites. A l'aide d'un palpeur profilométrique de contact, on peut explorer une surface de forme quelconque. Les caractéristiques des mesures seront liées à la qualité du capteur et au pouvoir de séparation du palpeur. Les mesures se déroulent de la façon suivante, le but étant de déterminer les écarts géométriques du type: écarts de forme, ondulation, rugosité. Les mesures sont effectuées en espacement suivant les directions de captage X et Y et en profondeur suivant la direction Z. Le palpeur d'exploration est donc amené au contact de la surface à contrôler dans sa plage de mesure par la table 50 sous l'impulsion du moteur pas à pas. Le moteur est alors arrêté et le palpeur s'immobilise. On met en marche l'un des deux moteurs 26 ou 43 pour faire effectuer au palpeur une translation suivant L'une des directions X ou Y ou les deux moteurs simultanément pour parcourir une trajectoire paramétrée, exemple circulaire (pour les portées de joints). Simultanément on enregistre les variations détectées par le palpeur à l'aide d'une unité de traitement et de mémorisation. Lorsque le capteur arrive en limite de sa plage de mesure, le déplacement en X ou Y est interrompu et suivant le profil général de mesure, c'est- à-dire suivant que le capteur est arrivé en limite O20 inférieure ou supérieure de la plage de mesure, La table fait effectuer au palpeur un microdéplacement vers le haut ou vers le bas. On contrôle à nouveau le profil dans une deuxième fenêtre. Ces étapes sont renouvelées jusqu'à couvrir toute la surface à contrôler. Toutes ces étapes sont pilotées par l'unité de traitement de manière connue et le résultat obtenu est représenté suivant un exemple particulier à la figure 4. La précision est de 0,2 micron en moyenne sur une longueur de 16 mm. La pente générale de la courbe est due au décalage de parallélisme entre le plan de la surface à contrôler et la surface de référence, ce qui n'influe pas sur la précision obtenue, et par ailleurs, on constate que la mesure selon ce procédé est indépendante de la précision de déplacement suivant l'axe Z. Par traitement des courbes obtenues selon les deux axes X, Y mises côte à côte, on obtient une image tridimensionnelle. Ainsi l'image des profondeurs peut être anamorphosée différemment suivant X, Y ou Z, ce qui conduit au choix d'un traitement de surface ultérieur adapté. L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être indiqué, mais elle comprend les améliorations accessibles à l'homme du métier. C'est ainsi que la tige interne porte capteur peut être revêtue intérieurement d'un matériau antivibrations, qui peut d'ailleurs assurer le contrepoids du capteur. Les applications sont très larges puisque le procédé pour faire effectuer un glissement de grande précision, parfaitement régulier, est applicable à la mesure profilométrique mais également à la mesure dimensionnelle au transport d'une pièce ou au déplacement d'un outil. De même, au lieu d'un palpeur à aiguille, on peut utiliser un palpeur touche monté sur un capteur de grande course afin de ne s'intéresser qu'à la forme des pièces. Toujours selon l'invention, iL est possible de réaliser une table déchargée axiale. De La même façon que Le coussin d'air dans Les translations, le palier à air peut être une gêne dans certaines applications par les vibrations qu'il engendre et les impuretés inévitables amenées par l'air comprimé. Ce type de table axiale déchargée trouve une application toute particulière pour remplacer les tours verticaux de haute précision à palier d'air. Sur la figure 5, on voit une table déchargée axi a le. La surface de référence 100 possède un revêtement en matériau antifriction à la partie supérieure du bâti 102. Dans ce bâti sont ménagés des alésages non débouchants 103, dans lesquels coulissent des pistons 104, réalisant ainsi des vérins qui pourront, comme dans la variante principale, être alimentés en air ou autre fluide, voire être remplacés par des moyens élastiques tels que des ressorts. Ces vérins comportent à leurs extrémités des billes 105, de façon à laisser tourner le plateau proprement dit 106 qui est par ailleurs centré par son axe 107 dans un alésage 108 du bâti. Le centrage pourrait avantageusement être magnétique. Les vérins de décharges peuvent aisément être remplacés par un système à compensation magnétique, ils sont par ailleurs disposés à secteur angulaire constant pour assurer une décharge isostatique. Ils pourraient l'être suivant des cercles concentriques. Quant au procédé, on comprend qu'il puisse être mis en oeuvre en mettant en place le dispositif directement sur la pièce à contrôler, grâce notamment à la rotation de l'accessoire représenté en traits pointillés sur la figure 3. Le support mobile est repérable visuellement en position dans la limite de ses déplacements. Un index x repère sur une régle graduée la position en x du mobile. Un index x repère sur une régle graduée la position en x du mobile. Un index y repère sur une régle graduée la position en y du mobile. La table micro-contrôle possède un index de repérage en Z. Chaque fin de course du mobile est limitée par un micro-rupteur qui arrête la rotation du moteur pas à pas. Le support mobile en butée sur un micro-rupteur ne peut que repartir pour le dégager. Les micro-rupteurs ne se déplacent pas avec le mobile ce qui évite le déplacement de câbles électriques. Revendications 1. Procédé de déplacem=nt par gLissement d'un support mobile pouvant recevoir des accessoires tels qu'une pièce, un capteur, un outil, caractérisé en ce qu'il est exercé sur ce support mobile des efforts répartis orientés de bas en haut tels que la somme de ces efforts soit inférieure au poids de l'ensemble constitué par ce support et ses accessoires. 2. Procédé de déplacement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support mobile glisse également entre deux glissières rectilignes mobiles dans une direction perpendiculaire à leur propre orientation. 3. Procédé de déplacement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déplacement est effectué par glissement sur une surface annulaire dans le cas d'un mobile tournant et en ce que les efforts répartis sont exercés à secteur angulaire constant sur un même cercle de façon à assurer une décharge isostatique. 4. Procédé de déplacement selon la revendication 3, caractérisé en ce que les efforts répartis sont exercés sur plusieurs cercles concentriques. 5. Procédé de déplacement selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que les déplacements sont obtenus par des moteurs pas à pas et en ce que l'on adapte le déplacement en fonction de l'opération effectuée à l'aide des accessoires suivant l'axe de Z. 6. Procédé de déplacement selon la revendication , caractérisé en ce que l'on mesure à l'aide d'un capteur monté sur une table à avance micrométrique elle-même solidaire du support mobile, les écarts géométriques de profondeur comprenant les trois paramètres écart de forme, ondulation, rugosité, d'une pièce. 7. Procédé de déplacement selon l'une quelconque des revendication 1 à 6, caractérisé en ce que l'on effectue les mesures en disposant la pièce à contrôler sur une table support solidaire du dispositif de captage. 8. Procédé de déplacement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on effectue pour les pièces de grande dimension, les mesures en plaçant le dispositif directement sur la pièce à contrôler. 9. Dispositif pour le déplacement d'un support mobile (5) à l'aide d'au moins un moteur (26) sur une surface de référence (2) plane, ce support mobile (5) pouvant recevoir des accessoires tels qu'une pièce, un capteur, un outil, tout en étant déchargé du poids de ces accessoires, caractérisé en ce que ce support mobile (5) est muni d'au moins trois vérins (8) qui viennent prendre appui par des moyens de roulement (10) sur la face supérieure de glissières (11, 12) et que ce support mobile (5) comporte sur sa face inférieure au moins un patin (19) à faible valeur du coefficient de frottement, autolubrifiant, résistant à l'usure, usinable avec précision, ce patin venant en appui sur la surface de référence (2). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le support mobile (5) est légèrement précontraint dans la limite élastique entre les faces internes des glissières (11, 12). 11. Dispositif selon la revendication 10, caratérisé en ce que le support mobile (5) est muni latéralement de patins (18) à faible coefficient de frottement, résistant à l'usure, usinable avec précision. 12. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 11, caractérisé en ce que les patins (18,19) sont réalisés en polytétrafluoroéthylène ou l'un de ses dérivés chargé ou non.. 13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le support mobile (5) est alésé suivant une direction parallèle aux glissières rectilignes (11,12) et que cet alésage porte un écrou fixe (28) auto-alignant à rattrapage de jeu. 14. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 13, caractérisé en ce que le moteur (26) est solidaire des glissières rectilignes et qu'il entraine une vis filetée de déplacement (25) qui visse dans l'écrou (28). 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que la vis (25) est filetée avec un profil triangulaire, cémentée, trempée, rectifiée et de faible diamètre. 16. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que Les moteurs (26,43) sont des moteurs électriques pas à pas comprenant un entrainement avec réducteur du type "HARMONIC DRIVE". 17. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la surface de référence (2) est la face supérieure d'un bloc de marbre en diabase, en granit ou en fonte stabilisée (3) rectifiée, ce bloc reposant isostatiquement sur trois appuis solidaires du chassis (4). 18. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que sur le support mobile (5), on fixe une table (50) à avance micrométrique par moteur pas à pas dont la direction de déplacement Z est perpendiculaire au plan de la surface de référence. 19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'index (53) de la table (50) porte une tige (35) support de capteur (60), cette tige étant orientée perpendiculairement à l'une des directions des glissières. 20. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'entre Le support mobile (5) et la table à avance micrométrique (50), on interpose une platine orientable (80). 21. Dispositif selon l'une des revendications 19 et 20, caractérisé en ce que la tige support (55) porte une tige de blocage (57) avec un revêtement interne absorbant les vibrations. 22. Dispositif selon l'une des revendications 18 à 21, caractérisé en ce que le capteur (60) est un capteur de mesure dimensionnelle, ou à lecture optique ou à écoulement fluide ou thermique. 23. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les glissières rectilignes (11,12) sont solidaires des tiges (15,16) d'un moyen de translation comprenant un moteur (43), un réducteur (44), une vis filetée (42), un joug (30), un écrou (41) auto-alignant à rattrapage de jeu. 24. Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que les tiges de translation (15,16) coulissent dans des paliers à billes (31) avec réglage de précontrainte. 25. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le support mobile (106) est un plateau tournant, glissant sur des patins (100) revêtus d'un matériau antifriction (101), déchargé par des vérins avec piston (104) coulissant dans des alésages (103) usinés dans le bâti support (102), ces pistons étant munis à Leurs extrémités supérieures de billes (105), le support mobile (106) étant centré dans un alésage (108) du bâti (102).