Brevet FR2644578A1 — publié le 19900921

La présente invention concerne un appareil électronique de contrôle dimensionnel inter-exter par mesure directe appelé banc de mesure dimensionnel horizontal inter-exter électronique, utilisable aussi bien en atelier qu'en métrologie. Ce banc de mesure horizontal est un appareil d'atelier qui permet de faire de la mesure directe (et non pas de la mesure par comparaison) aussi bien en intérieur qu'en extérieur, avec une grande plage d'utilisation, dans un minimum de temps, avec un maximum d'efficacité et pour un prix abordable. Âctuellement, il n'existe pas de système de mesure de ce type. On connait en fabrication, les appareils de mesure par comparaison ayant une plage d'utilisation réduite et dont les réglages sont souvent longs et fastidieus. On connaît en salle de métrologie, des bancs de mesure nécessitant pour leur fonctionnement une ambiance contrôlée, dont les réglages et l'utilisation sont généralement délicats, et dont les prix atteignent des sommes considérables (de l'ordre de 400.000 F. et plus...). Le banc de mesure objet de la présente invention permet d'effectuer les contrôles intérieur et extérieur par mesure directe.Son atout principal est l'énorme gain de temps qu'il représente. Zn effet, son emploi est tree simple, il ne demande aucun apprentissage de la part de l'utilisateur ni aucune qualification particulière. I1 permet mame à n'importe quel ouvrier en fabrication, de réaliser des mesures treks précises et tres fiables dans un laps de temps très réduit. Sa mise en service est immédiate aussi bien pour les mesures intérieures que pour les mesures extérieures.Aucun réglages fastidieux n'est nécessaire, il se résume simplement pour les mesures extérieures, b la mise à zéro de l'affichage, lorsque les touches de mesure sont en contact l'une avec l'autre, et, en mesures intérieures, par l'affichage a d'un bottier de prés élection, de la cote gravée sur une bague étalon permettant l'étalonnage de l'appareil pour toute sa plage de mesure. L'innovation du système se situe entre autre au niveau de la freimportante économie de temps de réglage de l'appareil ainsi qu'au niveau de la non moins grande économie de temps de mesure que le système permet. I1 s'agit la d'un point capital face au coat horaire des machines de production. Les arrats machine sont estrtmemnt onéreux et leur diminution est un facteur d'économie non négligeable. Supprimer les rebuts en cours de fabrication est un autre facteur d'économie et ctest un des avantages du banc de mesure présenté. En effet, celui-ci est équipé d'une sortie BS 232 O permettant de lui adjoindre un système de suivi statistique de la qualité en temps réel afin de corriger immédiatement toute dérive. L & encore, l'économie se réalise de deus laçons : soit l'opérateur corrige en fonction des résultats affichés sur son système de suivi, soit, si la machine s'y prête, la correction peut Entre pilotée automatiquement à partir de l'appareil, supprimant la majorité des rebuts et bon nombre d'heures d'opérateur puisque celui-ci n'est plus astreint t surveiller la machine pour effectuer les corrections qui s'imposent. Le banc de masure se distingue, déj & des appareils connus par son système de mesure en différentiel, ce qui est la première revendication. La mesure se fait au moyen de deux touches de mesure flottantes 5 et 6 se déplaçant sur un meme axe, symétriquement et simultanément de part et d'antre d'une origine communie (ce gai est une revendication). Le déplacement de ces touches 5 et 6 entre le déplacement de deux capteurs électroniques 3 et 4 liés chacun de façon rigide à l'une ou l'autre de ces deux touches.Les déplacements des touches de mesure 5 et 6 sont commandés par un moteur électrique pas à pas 17 (ou tout système de motorisation programmable, électrique, électronique, pneumatique, hydraulique, etc...) qui permet un déplacement jusquta une cote pré-déterminée en utilisant le clavier de programmation 16, celui-ci donne en effet la possibilité de faire ouvrir ou fermer les touches 5 et 6 jusqu'à & une valseur souhaitée. Les deux capteurs 3 et 4 se déplacent en face d'une seule règle graduée de haute précision 14, et envoient leurs signaux à un compteur/decompteur électronique 15 relié par un crible 23 à ces capteurs. Le compteur/décompteur 15 affiche une valeur qui est la distance séparant les deux touches de mesure 5 et 6 quelle que soit leur position sur la table de mesure 7. Le compteur/décompteur 15 peut être programmé pour bloquer l'affichage sur la valeur la plus élevée enregistrée soit le point de rebroussement. Les capteurs électroniques 3 et 4 et la regle 14 peuvent entre remplacés par tout système de mesure de longueur en continu tel que : ultra-sons, infra-rouge, ondes radio, lumière cohérente (laser), etc... La liaison entre les capteurs électroniques 3 et 4 et le compteur/décompteur 15 peut, outre le ciblez titre réalisée par ultra-sons, infra-rouge, etc... La motorisation du déplacement des touches de mesure 5 et 6, la programmation de ces déplacements, l'utilisation d'une seule règle gravée 14 avec deuz capteurs indépendants 3 et 4, d'un compteur/décompteur à présélection 15 avec sortie RS 232 C, sont trois autres revendications. De l'ensemble de ces améliorations techniques découle un contrôle rapide, précis et fiable autant en extérieur qu'en intérieur, à savoir, entre autre, les diamatres extérieurs, les diamètres intérieurs (alésages) les diamètres de gorges intérieures, les diamètres de gorges extérieures, les diamètres intérieurs et extérieurs de gorges frontales, les longueurs, les épaisseurs de fond de gorges linéaires, les profondeurs de rainures linéaires en "T". Le banc de mesure, de forme rectangulaire dans l'exemple présente fig.1 (mais il pourraitre entre de toute autre forme), se compose d'une table de mesure 7 fig.1 présentant une lumière 41 fig.1 suivant environ les 3/4 de sa longueur pour le passage des touches de mesure 5 et 6 fig.1. Cette table de mesure 7 fig.1 est la base de référence de l'appareil et de ce fait, elle est traitée afin de présenter une grande résistance à l'usure (il peut s'agir d'un traitement thermique ou d'un traitement de surface ou de ltutilisa- tion d'un matériau de haute résistance) et usinée de fagon à obtenir une face parfaitement plane et lisse.Des rainures circulaires concentriques 24 fig.2 partant du centre de la table 7 fig.1 et gravées sur celle-ci permettent un précentrage visuel des pieces à mesurer. L'épaisseur de cette table 7 fig.1 est suffisante pour participer a la rigidité de l'appareil et, de ce fait, la table 7 fig.1 sert de support à l'ensemble du mécanisme intérieur. Chacun des petits côtés de la table reçoit une plaque rectangulaire en acier, par exemple : 25 et 26 fig.1, fixée de façon rigide à la partie inférieure de la table, ces plaques 25 et 26 déterminent les bouts de l'appreil. Ces bouts 25 et 26 supportent les axes parallèles 8, 9 et 10 fig.I servant aux déplacements des supports de touches mobiles I et 2 et des capteurs électroniques 3 et 4 fig.1 liés aux supports 1 et 2, ainsi que la vis à billes droite et gauche 18 fig. 3 commandant le déplacement. Les deux bouts 25 et 26 servent également à fixer de façon rigide la règle de référence 14 fig.I, les protections de la règle, le moteur pas & pas 17 fig.3, les renforts de rigidification et l'habillage extérieur 27. PRINCIPE DE DEPLACEMENT DES TOUCHES MOBILLES : Les deux supports de touches mobiles 1 et 2 sont montés symétriquement par rapport au centre de l'appareil. Chacun d'eux se présente sous la forme d'une guerre guidée par trois axes parallèles 8, 9 et 10 fig.1. Les trois axes 8, 9 et 10 traversent les supports 1 et 2 dans lesquels sir douilles à billes 11 12, 13, et 11 bis, 12 bis, 13 bis sont noyées. Les douilles à billes peuvent Entre remplacées par tout autre système permettant une diminution au minimum des frottements des paliers sur leurs axes lors des déplacements en translation (paliers fluides, magnétiques, etc...). Deux axes 8 et 10 sont dans un plan horizontal parallèle au plan de la table de mesure 7 fig.1 et un troisième axe 9 parallèle aux précédents mais dans un plan différent. Les douilles 8 billes 11, 12, 13, et Il bis, 12 bis, 13 bis sont éloignées au maximum les unes des autre afin de réduire au minimum l'incidence des jeux de fonctionnement entre douilles à billes et axes. L'emploi de douilles b billes conjointement à l'utilisation d'ares rectifiés et rodés usure une très grande douceur de déplacement, et par soie de conséquence, la plus grande sensibilité de contact des touches mobiles 5 et 6 (permettant ainsi le contrôle de pièces fragiles, ou b paroi mince, ou en général très déformables), les frottements sont encore réduits par l'absence de. joints d'étanchéité, ou segments racleur, des protections internes & l'appareil jouant ce rôle. PRINCIPE DE COMMANDE DE DEPLACEMENT DES TOUCHES MOBILES : Les touches mobiles 5 et 6 sont fixées sur leurs supports de touche 1 et 2 eux mêmes commandés en translation par l'un des trois systèmes suivants t (fig.3) Chaque support de touche 1 et 2 comporte un logement dans lequel peut se déplacer en translation un écrou prisonnier 28 et 29 situé au centre de chaque support de touche mobile entre deux butées à reseort (ressorts de compensation 19, 20, 21 et 22). Cet écrou 28 ou 29 est un écrou à billes an travers duquel Passe une vis à profil spécial 18 avec un pas à droite pour l'un des supports 1 et un Pas a gauche pour l'autre support 2. La rotation de la vis a billes 18 entrain symétriquement chaque écrou 28 ou 29 en translation ; de ce fait, l'écrou 28 ou 29 comprime l'un des ressorts 19, 20, 21 ou 22 qui, par réaction, entrain le support de touche 1 ou 2 correspondant. Cette liaison élastique permet de conserver des touches 5 et 6 flottantes alors que la vie à billes est à l'arrêt. La tension des ressorts 19, 20, 21 et 22 est réglable au moyen d'une vie de compression 30 et 31 qui permet de faire varier la pression de mesure au niveau des touches mobiles 5 et 6. Ce système de réglage de pression peut outre remplacé par tout système assurant la mFme fonction (système pneumatique, hydraulique - pression constante par turbine -, électrique, magnétique, etc...). (fig.4) Le système d'écrou prisonnier 28 ou 29 est remplacé par une liaison rigide entre les supports de touche 1 et 2 et une chine 34 tendue entre les deux pignons 36 et 37. L'un des supports est relié a la partie supérieure de la chine et l'autre support a la partie inférieure de la channe. Un moteur pas å pas 17 est fixé sur l'axe du pignon 37 et entrain celai-ci en rotation. Cette rotation a pour effet de commander le déplacement de la channe 34 entraînant du mdme coup les supports de touche 1 et 2.Leurs déplacements sont symétriques mais opposés et entraient dans le même mouvement les touches de mesure 5 et 6 par l'intermédiaire des ressorts de compensation 19, 20, 21 et 22. Le réglage de la pression de mesure se fait comme pour le système précédent (fig.3). (fig.5) Le système de transmission se fait par l'intermedisire de deux crémaillères 39 et 40 entraînées directement par un pignon 38 monté sur l'axe du moteur pas a pas 17. La rotation du moteur 17 commande la rotation du pignon 38 qui entrain les deux crémaillères 39 et 40 en translation. Celles-ci étant engrainées de part et d'autre du pignon 38, se déplacent symétriquement en opposition, entraidant les supports de touche 1 et 2 et les touches de mesure 5 et 6 dans le même mouvement par l'intermédiaire des ressorts de compensation 19, 20 21 et 22. Le réglage de la pression de mesure se fait comme pour les deux systèmes précédents (fig. 3 et 4). Bien entendu, tous les systèmes de motorisation ou de réglage de pression indiqués pour le premier système (fig.3) restent valables pour les systèmes décrits en (fig. 4 et 5). PRINCIPE DE LA MESURE DU DEPLACEMENT : il s'agit d'un système de mesure linéaire fontionnant suivant le principe de mesure photo-électrique. C'est une règle 14 avec un réseau de traits gravés qui sert de moyen de mesure. Lors du déplacement des capteurs électroniques 3 et 4 devant le règle 14, des cellules photovoltaïques de balayage produisent des signaux sinusotiaus déphasés d'une valeur connue. Ces signaux sont transmis å un compteur/décompteur 15 pour leur exploitation.Les deux capteurs 3 et 4 se déplacent devant la mamie règle firme 14 et sa mesure effectuée est la distance séparant les deux capteurs 3 et 4 ; tous les jeux et flexions de l'ensemble ont une influence négligeable précision sur la de la mesure puisque les touches de mesure 5 et 6, les supports de touche I et 2 et les capteurs 3 et 4 sont liés rigidement entre eux et que la mesure se fait de capteur a capteur avec la même règle de référence 14. (tout autre systeme de mesure su précédement pouvant également convenir). S PRINCIPE DE LA PROGRAMATION DU DEPLACEMENT DES TOUCHES MOBILES. Deux possibilités sont offertes pour programmer le déplacement des touches mobiles : la première possibilité consiste en l'utilisation d'un boîtier de commande annexe comprenant un clavier numérique et un affichage digital. La cote à mesurer est affichée sur le compteur/décompteur 15 et envoyée au moteur pas L pas 17 qui commande le déplacement des touches de mesure 5 et 6 jusqu' & la valeur indiquée.La programmation du "zéro" permet d'amener les touches 5 et 6 en contact l'une avec l'autre afin de faire l'étalonnage de l'appareil et la mise à zéro du compteur/décompteur 15 en mesure extérieure. Le même système de programmation permet d'afficher la cote de la bague étalon pour l'étalonnage en mesure intérieure. Les touches de mesure 5 et 6 sont amenées a la cote indiquée et le comteur/décompteur 15 affiche la cote présélectionnée de la bague étalon0 La deuxième possibilité consiste à exploiter la sortie ES 232 C du compteur/décompteur 15 et de s'en servir pour piloter le moteur pas å pas 17.Dans ce cass on utilise la présélection 16 du compteur/ décompteur 15 pour afficher la valeur désirée et amener les touches de mesure 5 et 6 à la cote souhaitée. CONTROLE DES DIAMETRES EXTERIEURS : Il se fait au moyen de deux touches identiques 5 et 6, composées d'un fat cylindrique 32 fig.2 Dans ce cas, la mesure correspond simplement a la valeur la plus grande affichée au défile sur le compteur/décompteur 15. CONTROLE DES DIAMETRES INTERIEURS : : Il se fait comme ci-dessus mis a part l'étalonnage qui se fait au moyen d'une bague étalon. Les touches de mesure 5 et 6 sont programmées pour s'ouvrir à la valeur présélectionnée légèrement supérieure an diamètre de la bague étalon. La bague est mise en place sur l'appareil et positionnée de façon a obtenir la cote la plus grande à l'affichage sur le compteur/ & compteur 15. Lorsque la bague est bien positionnée, donc que la valeur la plus grande est affichée, la présélection du compteur/décompteur 15 a la cote de la bague étalon permet l'affichage de la valeur mesurée par les touches mobiles 5 et 6. Â partir de ce moment l'appareil est étalonné et prat pour la mesure en procédant comme pour les contrôles de diamètres extérieurs quel que soit le diamètre a mesurer (tout en restant dans la plage de mesure du banc de mesure). Il est à noter qu'aucune manipulation n'est nécessaire pour passer d'une mesure extérieure à une mesure intérieure (en dehors de l'étalonnage) puisque les touches mobiles 5 et 6 sont flottantes et acceptent indifferemment les deux types de mesure. Par ailleurs, - les touches de mesure 5 et 6 sont réglables en hanter afin de s'adapter à tous les cas de figure. Les possibilités de l'appareil ne se limitent pas aux exemples pré-cités, la diversité des touches de mesure concevables permet en effet de solutionner de nombreux problèmes de contrôle dimensionnel, dans les limites de la capacité du banc de mesure et de sa sensibilité de palpage. REVENDICATIONS I - Banc de mesure dimensionnel horizontal inter-ester électronique permettant de oontrôler une cote par mesure différentielle au moyen de deux touches mobiles, caractérisé en ce que a) il est utilisable aussi bien en atelier de fabrication qu'en métrologie, b) les deux supports de touches mobiles (1) et (2) sont situés dans un mZme plan et se déplacent symétriquement et siuailtanêment de part et d'autre d'tune origine oomnnnew c) chaque support de touche mobile (1) et (2) est relié de fagon rigide å un capteur électronique (3) et (4) unité de balayage équipée d'une source lumineuses d'un oondenseur et de cellules photovoltasques ou tout autre système de mesure électronique permettant de mesurer un déplacement, ex : laser, infra-rouge, ultra-sons etc...), les capteurs reproduisant rigoureusement le trajet des supports de touches (1) et (2), d) chaque support assure le centrage et le positionnement perpendiculaire d'une touche mobile (5) et (6) par rapport à la table de mesure (7) à l'aide de trois axes fixes (8), (9) et (10) solidaires du corps de l'appareil, parallèles entre eux et parallèles & la lumière (41) de la table,(7), e) trois paliers à billes (ou tout autre système de paliers, air, eto...) (11), (12), (13) ou (11 bis), (12 bis), (13 bis) logés dans chaque support de touches (1) et (2) permettent le déplacement des supports sur les axes parallèles (8), (9) et (10), f) chaque capteur électronique (3) ou (4) se déplace de façon rigoureusement linéaire devant une règle graduée de haute précision (14) fixée de façon rigide au corps de l'appareil, produisant ainsi des signaux sinusoïdaux périodiques récupérés et interprétés par un compteur/décompteur électronique à affichage digital (15). 2 - Banc de mesure dimensionnel horizontal inter-exter électronique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que : a) un oompteur/déoompteur électronique (15) transmet les ordres de déplacement å un moteur pas à pas (17) relié à une vis à billes (18) avec pas à droite et pas à gaucho permettant le positionnement des touches de mesure à une valeur déterminée, b) un compteur/décompteur électronique (15) transmet les ordres de déplacement à un moteur pas à pas (17) Cou tout système de motorisation programmable) relié a une channe (34) par l'intermédiaire d'un pignon (37) ; cette channe est tendue entre les pignons (36) et (37) ; sur cette centre sont fixés les supports de touche (1) et (2) su2quels sont reliées les touches de mesure (5) et (6), un support étant lié a la partie supérieure de la channe tandis que l'autre est lié a sa partie inférieure ce qui a pour effet de faire se déplacer chaque touche de fan symétrique en sens opposé, c) un compteur/décompteur électronique (13) transmet les ordres de déplacement à un moteur pas a pas (17) (ou tout autre système de motorisation programmable) relié å un pignon (38) engrenant avec les crémaillères (39) et (40) pour le déplacement des touches de mesure (5) et (6), la rotation du pignon (38) entraîna le déplacement de la crénaillère (39) dans un sens tandis que la crémaillère (40) se déplace symétriquement en sens opposé. 3 - 3anc de mesure dimensionnel horizontal inter-exter électronique suivant les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que chaque touche mobile (5) et 661 est flottante de nart et d'autre du moniie centre de chaque support de touche mobile au moyen d'un jeu de ressorts de compensation (19),(20),(21) et (22) réglant le tarage de la pression de palpage de chacune des touches dans l'un ou l'antre sens de mesure (ou tout autre système de réglage de pression de mesure pneumatique, hydraulique, électrique, etc...). 4 - Banc de mesure dimensionnel horizontal inter-exter électronique suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le système de mesure se compose d'une règle (14) avec un réseau de traits gravés sur celle-ci et de deux têtes de lecture (3) et (4) indépendantes l'une de l'autre mais fonctionnant sur la mame regle, ces deux capteurs (3) et (4) envoient leurs signaux sinusoïdaux a un compteur/décompteur extérieur (15) relié par un cible (23) aux capteurs (ou relié par infra-rouge, ultra-sons, ou tout autre système radio), ces signaux sont analysés par le compteur/décompteur électronique (15) qui affiche la distance entre les deux capteurs (3) et (4), la valeur affichée est la mesure de la cote prise entre les touches mobiles (5) et (6) ; le compteur/décompteur (15) nst équipé d'une présélection pour afficher la cote de la bague étalon pour les mesures intérieures ou pour démarrer une lecture à une cote déterminée, il est également pourvu d'une sortie BS 232 C permettant la transmission de données pour le pilotage de matériels annexes ou pour le suivi statistique de la qualité avec enregistrement des résultats (il est à noter que la mesure de déplacement peut titre réalise par d'autres moyens que les capteurs et règle graduée : mesure de longueur par ultra-sons, par infra-rouge, par longueur d'ondas, par système laser ou tout autre système permettant de mesurer en continu la distance séparant un point d'un autre). 5 - Banc de mesure dimensionnel horizontal inter-ester électronique suivant les revendications (1), (2) et (4), caractéris en ce qu'un compteur/décompteur (15) permet l'ouverture des touches mobiles de mesure (5) et (6) A la valeur désirée, les touches de mesure (5) et (6) se vérouillant en place du fait de l'arrat du moteur pas à pas (17) (ou de tout autre système de frein ou de verrouillage) mais étant toujours flottantes de part et d'autre de leur position de repos afin d'accepter le passage de la pièce A contrôler. 6 - Banc de mesure dimensionnel horizontal inter-exter électronique suivant la revendication (5), caractérisé en ce que l'étalonnage se fait pourles mesures extérieures,par mise en contact des touches de mesure (5) et (6) et affichage du "zéro" sur le compteur/décompteur (15), et pour les mesures intérieures, en utilisant une bague étalon dont la valeur est affichée sur le oompteur/decompteur (15) au moyen de la présélection (16), une seule bague étant nécessaire pour toute la plage de mesure.