Brevet FR2646708A1 — publié le 19901109

2-646708 APPAREIL POUR L'INSPECTION AUTOMATIQUE DU CONTOUR DE SURFACE SUR UNE PIECE DE TRAVAIL La présente invention concerne de façon générale la technique d'inspection des contours de pièce de travail, et, plus particulièrement, un appareil pour l'inspection automatique du contour de surface sur une pièce de tra- vail, comme, par exemple, une rainure circonférentielle sur un galet de matriçage d'une machine de laminage à pas de pèlerin à froid utilisée pour la fabrication de tubes pour des barres de combustible nucléaire. Le laminage à pas de pèlerin à froid est un proces- sus bien connu dans lequel un tube avance simultanément sur un mandrinstationnaire et est comprimé entre deux galets de laminage, ce qui provoque la réduction de la surface de la section transversale du tube ainsi. qu'un allongement du tube. La réduction s'effectue en ce.qui concerne le diamètre et l'épaisseur de la paroi du tube, à cause d'une forme effilée du -mandrin et d'un profil circonférentiel effilé de rainures formées dans les galets de matriçage qui entourent le tube du dessus et du dessous, pendant qu'on les fait rouler le long de celui-ci selon un mouvement de va-et-vient selon un cycle constant. Ces galets de matriçage sont fabriqués avec un pro- cessus de pressage isostatique à chaud classique, et leurs rainures sont usinées à leur profil de contour final au moyen d'un procédé d'usinage à décharge élec- trique classique et/ou d'une technique d'abrasion par roue en diamant suivie d'rune opération de polissage. Pour assurer que les épaisseurs de paroi et les diamè- tres des tubes laminés par pas de pèlerin satisferont à des spécifications précises, les galets de laminage fraîchement fabriqués devant être utilisés pour le lami- nage à pas de pèlerin à froid sont inspectés afin de vérifier qu'ils aient des contours de rainures corrects et précis avant leur utilisation, et une inspection simi- laire est effectuée sur les galets de matriçage qui ont été utilisés pendant un certain temps. Jusqu'à présent, ces inspections étaient effectuées par des personnes entraînées à prendre manuellement les mesures du contour des rainures, et leur fiabilité ten- dait par conséquent à varier en fonction des différents niveaux de qualification des -différents inspecteurs employés, et de leurs différents degrés d'attention. Le principal objet de l'invention est de remédier à cet inconvénient en procurant un appareil d'inspection qui minimise l'implication des opérateurs humains dans le processus d'inspection. L'invention réside par conséquent dans un appareil d'inspection pour mesurer un contour de surface sur une pièce de travail, comportant des moyens pour supporter la pièce-de travail de façon à orienter le contour de surface de celle-ci qui doit être mesurée dans une posi- tion permettant la mesure; un organe de contact allongé. ayant une paire de bras avec des éléments d'extrémité s'étendant dans des directions opposées; au moins un, et de préférence deux, dispositifs de mesure comportant chacun une sonde de contact déplaçable et des moyens électriques pour mesurer le déplacement de-la sonde de contact; et des moyens supportant l'organe de contact dans une orientation globalement verticale et pour déplacer les éléments d'extrémité sur leurs bras dans des plans contenant des premiers et deuxièmes axes dis- posés de façon orthogonale, et pour placer lesdits élé- ments d'extrémité en contact avec le contour de surface à mesurer et avec l'une ou l'autre des sondes de contact déplaçables des dispositifs de mesure, respectivement. Dans un mode de mesure, l'élément de contact est entraîné en rotation par des moyens d'entrainement autour d'un axe vertical de façon à déplacer l'élément d'extrémité venant en contact avec ledit contour de sur- face selon un chemin de référence prédéterminé et à déplacer de façon correspondante l'autre élément d'extrémité afin d'effectuer le déplacement de la ou des sonde(s) provoquant la délivrance par le ou les disposi- tif(s) de mesure d'une sortie indicative de l'écart du contour de surface par rapport au chemin de référence prédéterminé. Dans un autre mode de mesure, les moyens de support qui supportent la pièce de travail peuvent fonctionner de façon à assurer la rotation de la pièce de travail autour d'un axe globalement horizontal, de telle sorte que l'élément de contact sur l'organe de contact qui vient en Contact avec la pièce de travail suive le con- tour de la surface de celle-ci et provoque -le déplace- ment correspondant de l'autre élément d'extrémité, ce qui déplace par conséquent la sonde associée et provoque la délivrance par le dispositif de mesure d'rune sortie indicative de la déviation du contour de surface par rapport à un chemin de référence prédéterminé. On appréciera le fait que l'appareil d'inspection représentant l'invention se prête bien à l'utilisation pour effectuer une inspection automatique d'un contour de surface de pièce de travail, comme par- exemple d'une rainure circonférentielle sur un galet de. matriçage d'une machine de laminage à pas de pèlerin à froid, et virtuellement sans qu'il y ait intervention d'opérateurs humains comme cela était nécessaire auparavant pour effectuer la multitude de mesures devant être faites- lors de la réalisation de l'inspection.- Pour que l'invention et ses avantages apparaissent de façon plus évidente, une réalisation préférée de celle-ci va à présent être décrite, à titre d'exemple uniquement, en se référant aux dessins joints,-dans les- quels: la Figure 1 est une vue en élévation latérale d'un galet de matriçage de laminage à pas de pèlerin à froid monté sur un arbre et ayant une rainure circonféren- tielle qui représente la surface dont le contour doit être mesuré; la Figure 2 est une vue en coupe transversale agrandie de la rainure sur le galet de matriçage montré en Figure 1; et la Figure 3 est une vue en élévation latérale sché- matique de l'appareil d'inspection de contour représen- tant l'invention. Dans la description qui suit, des numéros de réfé- rence identiques désignent des parties identiques ou correspondantes dans la totalité des vues et des des- sins, et des termes tels que "en avant", "'en arrière", "à gauche", "à droite", "vers le haut", "vers le bas", et analogues, sont utilisés à des fins de commodité et non pas en tant que termes limitatifs. Si l'on se réfère à présent aux dessins, et à -la Figure 1 en particulier, la pièce de travail 10 profilée illustrée dans celle-ci comme exemple du type de pièce de travail pouvant être inspectée au moyen de l'appareil représentant l'invention, est un galet- de matriçagé cylindrique 14 tel que ceux qui sont utilisés de façon caractéristique dans les machines de laminage à-pas de 26U46708 pèlerin à froid employées dans la fabrication des tubes pour les barres de combustible nucléaire. Comme représenté en Figure 1, le galet de matriçage 14 est disposé sur un arbre cylindrique 16, et- il forme avec celui-ci un joint à ajustement serré obtenu par chauffage du galet de matriçage 14 avant de le placer sur l'arbre 16. Le galet de matriçage14 possède, formé sur sa périphérie, une rainure circonférentielle 18 qui constitue la surface profilée à mesurer 'par l'appareil d'inspection 12 illustré en Figure 3. Contrairement aux techniques d'inspection précédentes, l'inspection effec- tuée au moyen de l'appareil d'inspection 12 représentant l'invention peut être effectuée avec la matrice 14 qui est déjà montée sur l'arbre 16 et prête à l'utilisation dans une machine de laminage à pas de pèlerin, de telle sorte que toute imprécision d'usinage pouvant être introduite par l'arbre 16 soit découverte durant l'ins- pection. Comme on le voit à partir des Figures 1 et 2, la rainure 18 a un profil globalement effilé adapté pour effectuer une réduction du diamètre et de l'épaisseur de la paroi du tube. Le profil effilé de la rainure 18 peut être vu comme étant.une multiplicité de contours en arcs transversaux successifs variant graduellement, comme représenté par les lignes de points et de traits 20 en Figure 1, progressant d'une largeur. et d'une profondeur maximales à une largeur et une profondeur minimales autour de la rainure 18. Comme cela peut être vu le mieux à partir de la Figure 2, chacun des contours 20 en arc transversal est décrit par une partie 18A d'engrène- ment de tube intérieure et une partie 18B de libération de tube extérieure de la rainure 18, -les parties d'engrènement de tube et de libération de tube 18A, 18B de la rainure 18 de chaque contour 20 ayant des rayons différents K1, RI le rayon R2 de la partie de libération 2646708U de tube 18B étant plus grand que le rayon Ri de la partie d'engrènement de tube 18A. Ce sont les contours-succes- sifs 20 définissant le profil global de la partie 18A d'engrènement de tube intérieur pour lesquels il est le plus important que la précision dimensionnelle soit maintenue en vue de la fabrication du tube au degré de précision dimensionnelle voulue. Si l'on se reporte à présent à la Figure 3, celle- ci illustre l'appareil 12 d'inspection 'de contour de pièce de travail représentant l'invention. Essentielle- ment, l'appareil d'inspection 12 comporte des moyens 22 pour supporter le galet de matriçage 14, un organe de contact allongé 24, au moins un, et, de préférence, une paire, de dispositifs de mesure 26, un arbre 28 suppor- tant l'organe de contact 24, et un mécanisme d'entraine- ment 30 connecté de façon opérationnelle à l'arbre et pouvant fonctionner de façon à le faire tourner en même temps que l'organe de contact 24 sur celui-ci. Les moyens de support.22 sont adaptés pour suppor- ter le galet de matriçage 14 pour le déplacement de celui-ci autour d'un axe horizontal A, et de telle sorte qu'il oriente sa rainure 18 en position pour la mesure et pour l'observation facile par un opérateur surveil- lant le processus d'inspection. Les moyens de support 22 comportent une plaque de base 32 ayant une ouverture centrale 32A formée à l'intérieur de celle-ci et une structure de support verticale 34 disposée sur une par- tie d'extrémité de la plaque 32 située au voisinage d'un côté de l'ouverture 32A. Les moyens de support 22 com- portent de plus un mécanisme de verrouillage 36 compor- tant une partie de verrouillage 38 pouvant être déplacée manuellement, qui est supportée de façon à pouvoir tour- ner par la structure de support vertical 34, et une par- tie de verrouillage stationnaire 40 qui est montée sur une partie d'extrémité de la plaque 32 située au'voisi- nage du côté opposé de l'ouverture 32A. Les parties de verrouillage 38, 40 ont des éléments 38A, 40A d'engrène- ment de pièce de travail conçus pour s'adapter avec les parties d'extrémité opposées-de l'arbre 16 supportant le galet de- matriçage 14. La partie de verrouillage 38 mobile a une poignée 42 qui est actionnable manuellement afin de mettre le mécanisme de verrouillage dans une condition fermée ou de verrouillage ou dans une condi- tion ouverte ou de déverrouillage, c'est-à-dire que la poignée 42 peut étre tournée manuellement afin d'assurer le déplacement de la partie de verrouillage 38 soit vers la partie de verrouillage stationnaire 40 soit de façon à s'éloigner de celle-ci, dans le but, respectivement; d'installer la pièce de travail 10 (galet de matriçage 14 et arbre 16), dans la position de mesure montrée en Figure 3, ou de la libérer pour son retrait de cette position. Les moyens de support 22 comportent également un mécanisme d'entraînement rotatif 44 qui est incorporé à la partie de verrouillage stationnaire 40 et qui sup- porte son élément 40A d'engrènement de pièce de travail. L'autre élément 38A d'engrènement de pièce de travail est supporté dans la partie de verrouillage mobile 38 pour une libre rotation par rapport à celle-ci. Par con- séquent, lorsque le galet de matriçage 14 est verrouillé entre les parties de verrouillage 38, 40 du mécanisme de verrouillage 36, le fonctionnement du mécanisme d'entraînement rotatif 44 va transmettre le déplacement de rotation, provoquant la rotation du-galet de matri- çage 14 dans la position de mesure. Pour effectuer l'inspection automatique du galet de matriçage verrouillé 14, l'appareil d'inspection 12 uti- lise l'organe de contact allongé 24; les dispositifs de mesure 26, et l'arbre 28. L'organe de contact 24 a une paire de bras supérieur et inférieur ou pointeaux 46 et 48, respectivement,-qui sont connectés de façon rigide l'un à l'autre à leurs extrémités intérieures ou proximales et qui s'étendent dans des directions opposées, ces bras ayant un élément 50 de contact avec la pièce de travail et un élément 52 de contact avec le dispositif de mesure, respectivement, disposés sur ceux-ci à leurs extrémités extérieures ou distales, les deux éléments de contact 50 et 52 étant disposés à la même distance d'un point centrIl 54 o l'organe de contact 24 est connecté de façon à pouvoir pivoter à l'arbre 28, et ont la forme de petites billes ou sphères qui sont de dimensions identiques. Chacun des dispositifs de mesure 26 comporte un boîtier 56, et montée à l'intérieur de celui-ci, une sonde de contact 58 pouvant être déplacée selon un mou- vement de va-et-vient et des moyens électriques 60, tels qu'une bobine, pour générer des signaux analogiques représentant une mesure du déplacement de la sonde de contact associée 58. L'arbre 28 est lui-même un dispositif classique qui peut se déplacer le long d'axes orthogonaux x-y-z grâce à des moyens appropriés, comme par exemple des moteurs pas-à-pas, de façon à mettre l'organe de contact 24 dans des positions initiales désirées correspondant à diffé- rentes tailles de pièces de travail, et à permettre le déplacement de l'organe de contact 24 pour réaliser des mesures. L'arbre 28 supporte l'organe de contact 24 dans une orientation globalement verticale, comme on peut le voir en Figure 3, pour faire des mesures avec l'élément de contact 50 sur l'extrémité extérieure du bras supé-. rieur 46 de 'l'organe de contact 24 mis en relation d'engrènement avec le contour 20 de rainure à mesurer. Le point central 54 de l'organe de contact 24 est situé sur un axe horizontal B qui est l'axe des x de l'arbre 28 et qui s'étend parallèlement à l'axe horizontal A autour duquel le galet de matriçage 14 est adapté pour tourner sous l'effet du mécanisme d'entraînement 44. L'arbre 28 peut être réglé dans la direction verticale, c'est-à-dire le long de l'axe des z, afin de placer ini- tialement l'élément de contact 50 sur l'extrémité exté- rieure du bras supérieur 46 de l'organe de contact 24 en contact avec le galet de matriçage 14 sur le contour 20 de rainure particulier qui repose dans le plan horizon- tal contenant l'axe A de rotation du galet de matriçage 14. Comme l'arbre 28 est mobile le long des axes des x et des y, il permet à l'élément 50 de contact avec la pièce de travail sur le bras supérieur 46 de l'organe de contact 24 de se déplacer dans le plan horizontal le long de premier et deuxième axes orthogonaux parallèles à l'axe des x et à l'axe des y des déplacement de l'arbre. L'élément de contact 52 sur l'extrémité exté- rieure-du bras 48 de l'organe de contact 24 va également s'engrener avec les sondes de contact déplaçables 58 des dispositifs de mesure 26 et déplacer l'une ou l'autre des sondes. On notera que, en montant l'organe de con- tact 24 verticalement et non horizontalement, une meil- leure précision est assurée parce que l'organe de con- tact 24 orienté verticalement n'est pas soumis à la force de. la gravité ni infléchi par celle-ci. L'appareil d'inspection 12 est capable de mesurer le profil de la rainure de matriçage 18 de deuç façon diffé-- rentes. Dans un mode de mesure, le galet de matriçage 14 est maintenu stationnaire tandis qu'un jeu de mesures de rayons est pris, représentant le contour de la matrice dans cette position, et qu'il est ensuite indexé par rotation (approximativement de deux degrés) à la posi- tion su-vante. Comme on peut le voir en Figure 2, chaque contour 20 comporte un jeu de mesures de rayons (une multiplicité de points espacés) qui donne la mesure du contour. Ensuite, la mesure de la succession de contours 20, comme on peut le voir en Figure 1, donne le profil global du galet de matriçage 18. L'arbre 28, l'élément de contact 24, et les dispositifs de mesure 26 sont fixés à une table rotative dans une orientation orthogo- nale telle que le plan déterminé par l'arbre 28, l'organe de contact 24, et les dispositifs de mesure 26 (plan de mesure de rayon) puisse tourner autour de l'axeo vertical ou axe des z de telle sorte que chaque point de mesure de rayon-puisse être adressé à partir d'un point central commun. Durant chaque mesure de rayon, l'arbre 28, et, par conséquent, l'organe de contact 24, tournent sous l'effet de l'entraînement du mécanisme d'entrainement 30 autour d'un axe orthogonal au plan de mesure de rayon, situé au point central 54, de façon à déplacer l'élément de contact 50 sur le bras supérieur 46 de l'organe de contact venant en contact avec le contour 20 de la rai- nure de la matrice. -Egalement, l'élément de contact '52 sur le bras inférieur 48 de l'organe de contact 24, qui vient en contact avec la sonde 58 d'un des dispositifs de mesure 26, se déplace et déplace la sonde 58 de façon à ce que les moyens électriques 60 du dispositif de mesure associé mesurent le rayon du contour 20 de la rainure de la matrice. Ce mode de mesure permet égale- ment l'adressage des parties 18A, 18B de la rainure 18 à chaque contour 20 ayant les rayons Ri et R2 (Figure 2). Chaque jeu de mesures de contour se compose de deux sous-jeux de données, l'un à partir de Ri et l'autre à partir de Rl Par conséquent, à chaque fois qu'un contour est mesuré, une correction pour chacun des rayons, ou arcs, s'effectue en indexant de façon appropriée des mécanismes d'entrainement appropriés. Dans l'autre mode de mesure, le galet de matriçage 14 tourne continuellement autour de l'axe horizontal A à une vitesse lente et constante, le mécanisme d'entraîne- ment 30 étant rendu inopérant. Dans ce mode, la mesure 2646?08 ll est effectuée de façon circonférentielle autour de la rainure 18 au lieu d'être faite transversalement à tra- vers la rainure comme précédemment. L'élément de contact sur le bras supérieur 46 suit la surface de-la rai- nure 18, et l'élément de contact 52 sur le bras infé- rieur 48 déplace l'une des sondes 58 de telle sorte que les moyens électriques 60 du dispositif de mesure 24 mesu- rent le rayon du contour circonférentiel du galet de matriçage 18. Après que chaque mesure est terminée, le mécanisme d'entrainement 30 est actionné- afin de faire tourner et d'indexer l'arbre 28, et, par conséquent, l'organe de contact.24, pour mesurer un contour circon- férentiel adjacent de la rainure. A partir de la description précédente, on compren- dra que l'appareil d'inspection 12 se prête à une utili- sation avantageuse comme partie intégrante d'un système d'inspection de matrice automatique (non représenté) employant également un ordinateur personnel, un disposi- tif d'affichage vidéo multimédia interactif, un disposi- tif de commande de mouvement programmable, une liaison de communications série bidirectionnelle, et un appareil de mesure numérique ainsi qu'une commande par logiciel actionnée par- écran sensitif et à menu interactif de toutes les activités du système, comprenant un affichage continu du fonctionnement et des états du système en temps réel, des profils de pièces de travail programma- bles, des diagnostics du système, des dispositifs de formation et d'assistance présentés sous diverses for- mes, en utilisant un dispositif d'affichage multimédia, par exemple des dispositifs graphiques, vidéo, et de synthèse de la parole, et différents dispositifs pour enregistrement sur disque, et utilisation de tables tra- çantes et d'imprimantes. - 12 Revendications 1. Appareil d'inspection pour mesurer un contour de surface sur une pièce de travail, caractérisé en ce qu'il comporte: (a) des moyens (22) pour supporter une pièce de travail (10) de façon à orienter un contour de surface sur celle-ci dans une position permettant la mesure (b) un organe de contact allongé (24) ayant une paire de bras (46, 48) avec des éléments d'extrémité (50, 52) s'étendant dans des directions opposées; (c) au moins un dispositif de mesure (26) compor- tant une sonde de contact déplaçable (58) et des moyens électriques (60) pour mesurer le déplacement de ladite sonde de contact; (d! des moyens (28) de montage dudit organe de con- tact (24) dans une orientation globalement verticale et pour le déplacement desdits éléments d'extrémité.(50, 52) de celui-ci dans des plans contenant des premiers et deuxièmes axes disposés de façon orthogonale et pour placer lesdits éléments d'extrémité en contact avec le contour de surface (20) de la pièce de travail (10) devant être mesurée et avec la sonde de contact déplaça- ble (58) dudit dispositif de mesure. (26), respective- ment; et (e) des moyens (30) pour faire tourner ledit organe de contact (24) autour d'un axe vertical de façon à déplacer l'élément d'extrémité (50) venant en.contact avec le contour (20) de surface de-pièce de travail et pour déplacer de façon correspondante l'élément d'extré- mité (52) venant en contact avec la sonde (58) dudit dispositif de mesure (26), afin d'effectuer par consé- quent le déplacement de ladite sonde (58) provoquant la production par le dispositif de mesure (26) d'une sortie représentant le rayon du contour de surface (20.) mesu- ré. 26 4670 O 2. Appareil d'inspection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déplacement de l'élément d'extrémité (50) venant en contact avec le contour de surface (20) à mesurer suit un chemin en forme d'arc. 3. Appareil d'inspection pour mesurer un contour. de surface sur une pièce de travail, caractérisé en ce qu'il comporte: (a) des moyens (22) pour supporter la pièce de tra- vail (10) le long d'un axe substantiellement horizontal (A) de façon à orienter un contour de surface sur celle- ci dans une position permettant la mesure, et pour effectuer un déplacement de rotation de la pièce de tra- - vail (10) autour dudit axe substantiellement horizontal; (b) un organe de contact allongé (24.) ayant une paire de bras (46, 48) s'étendant dans des directions opposées et ayant des éléments d'extrémité (50,-52) dis- posés sur les extrémités distales de ceux-ci; (c) au mo ns un dispositif de mesure (26) compor- tant une sonde de contact déplaçable (58) et des moyens électriques (60) pour mesurer le déplacement de ladite sonde de contact; et (d) des moyens (28) supportant ledit organe de con- tact (24) dans une orientation globalement verticale, et pour le déplacement desdits éléments d'extrémité (50, 52) de celui-ci dans des plans contenant des premiers et deuxièmes axes horizontaux disposés de façon orthogonale et de façon à placer lesdits éléments d'extrémité (50, 52) en contact avec le contour de surface. (20) sur la pièce de travail (10) à mesurer et avec' ladite sonde de contact déplaçable (58) du dispositif de mesure (26), respectivement, afin, lors de la rotation de la pièce de travail (10) autour dudit axe substantiellement horizon- tal (A), de faire suivre par l'élément d'extrémité (50) qui vient en contact avec la pièce de travail le contour de surface (20) de celle-ci et de faire déplacer l'élé- ment d'extrémité (52) qui vient en contact avec la sonde (58) dudit dispositif de mesure (26) de.façon correspon- dante et d'effectuer un déplacement -de ladite sonde, faisant produire au dispositif de mesure une sortie représentant le rayon du contour de surface mesuré. 4. Appareil d'inspection selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de support (22) comportent un mécanisme de verrouillage. (36) pouvant être mis dans une condition de déverrouillage pour per- mettre l'insertion et le retrait de la pièce de travail (10), et dans une position de verrouillage permettant le positionnement de la pièce de travail dans ladite posi- tion de mesure. 5. Appareil d'inspection selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de support (22) comportent un mécanisme d'entrainement rotatif (44) pour venir s'engrener avec la pièce de travail (10), lors- qu'elle est disposée dans ladite position de mesure, et pour effectuer un déplacement de rotation de celle-ci par rapport à l'élément d'extrémité (50) qui vient en contact avec ledit contour de surface (20) de la pièce de travail. 6. Appareil-d'inspection selon la revendication 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits éléments d'extrémité (50, 52) sur lesdits bras (46, 48) de l'organe de contact (24) sont disposés à la même dis- tance par rapport à un point central (54) sur ledit organe de contact (24). 7. Appareil d'inspection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élé- ment d'extrémité (52) qui interagit avec lesdits dispo- sitifs de mesure (26) a ces derniers qui sont disposés sur un côté de celui-ci et a un deuxième desdits dispo- sitifs de mesure (26) qui est disposé sur le côté.opposé de celui-ci. 8. Appareil d'inspection selon l'une quelconque des -revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de support (28) supportent ledit organe de con- tact (24) également pour le déplacement de celui-ci le long d'un troisième axe s'étendant perpendiculairement auxdits premier et deuxième axes.