Brevet FR2673867A1 — publié le 19920918

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE DES ENGRENAGES PAR MESURE DE LA "COTE SUR BILLE" L'invention concerne un procédé et dispositif de contrôle des engrenages par mesure de la "cote sur bille" particulièrement destiné au contrôle automatique des dentures d'arbres munis d'une ou plusieurs roues dentées, dont le module d'une des roue peut-e différent d'une autre roue, et dont lesdites roues font corps avec ledit arbre. La mesure de la "cote sur bille" permet de contrôler globalement: - L'erreur de profil, qui est la différence de forme entre le profil théorique et le profil réel. - L'erreur de division, qui est l'erreur individuelle entre le pas primitif théorique et le pas primitif réel. - La distorsion, lorsque les dentures ne sont pas exactement parallèles à l'axe (cas des dentures droites) ou lorsque l'inclinaison primitive est incorrecte (cas des dentures hélicoldales). - L'excentricité, qui est la distance entre l'axe de rotation de la roue et l'axe de son cylindre primitif. Ce dernier contrôle se pratique en faisant tourner pas à pas la roue et en engageant à chaque fois une jauge munie d'une bille de diamètre approprié au module de la denture à contrôler. Pour effectuer ce type de mesure, on peut citer l'emploi d'un dispositif FELLOWS n" 12 CT décrit dans le "traité théorique et pratique des engrenages" par G. HENRIOT, édition DUNOD à PARIS. Sur ce dispositif le pignon à contrôler est fixé sur un mandrin de précision qui est lui-même positionné par ses centres d'usinage entre les pointes de poupées. Un chariot porte un alésage perpendiculaire à l'axe du mandrin de montage dans lequel coulisse un manchon à l'extrémité duquel est emmanché une touche conique ou bille. La variation sinusoïdale de l'enfoncement de cette touche dans les entredents successifs est indiquée par un comparateur. Ce chariot peut être déplacé parallèlement à l'axe du mandrin de précision et le changement de dent s'opère par le recul manuel du manchon et la rotation manuelle de la roue. L'invention propose un procédé et un dispositif permettant d'effectuer automatiquement le contrôle des dentures selon la méthode décrite cidessus notamment sur un arbre muni d'une ou plusieurs roues dentées de module semblable ou différent. L'arbre muni d'une ou plusieurs roues à contrôler est centré axialement entre la pointe d'une poupée fixe d'entraînement en rotation pour présenter chaque entredent en face de la broche de contrôle et entre la pointe d'une poupée mobile coulissante parallèlement à l'axe dudit arbre. Le dispositif de contrôle comprend: - Un barillet qui porte une pluralité de broches à extrémité sphérique. - Un bâti mobile sur lequel est monté ledit barillet qui se déplace perpendiculairement à l'axe de l'arbre qui porte la ou les roues à contrôler et qui porte un palpeur qui mesure la position dudit bâti mobile par rapport à l'axe dudit arbre. - Une platine qui porte un coulisseau et qui se déplace sur son banc selon une direction parallèle à l'arbre qui porte la ou les roues. - Un automate programmé qui commande: - La sélection par le barillet de la broche à extrémité sphérique dont le diamètre est compatible avec le module de la denture de la roue à contrôler. - L'avance et le recul du bâti mobile pour introduire l'extrémité sphérique de la broche dans l'entredent de la denture. - La rotation de la poupée fixe d'entraînement de l'arbre qui porte la ou les roues à contrôler Selon l'invention l'unité de commande programmée inclut: - des moyens de commande de sélection de la broche de contrôle en réponse au diamètre primitif et du module de la denture de la roue à contrôler. - des moyens de positionnement de la broche par rapport à la denture. - des moyens de commande d'avance, de mesure de position, de recul de la broche. - des moyens de commande de rotation pas à pas de l'arbre porteur de la roue dentée, adaptée au nombre de dents. On voit donc qu'avec un tel dispositif, après avoir mémorisé les caractéristiques de la pièce qui est chargée sur ladite machine, le cycle des opérations de contrôle se déroule automatiquement. Ce contrôle est plus particulièrement destiné à mesure l'erreur de division appelé aussi "saut de dent" qui est la différence de rayon mesuré entre deux dents successives. ll permet également d'obtenir, grâce à une table traçante, un diagramme montrant la variation de longueur de ces rayons. Une des particularités de ce dispositif est que la broche de mesure est fixée sur un barillet qui possède une certaine liberté de rotation selon un axe parallèle à l'axe de rotation de la roue dentée à mesurer, et que l'arbre portant ladite roue dentée est animé d'un mouvement de rotation alternatif lorsque ladite broche est engagée dans l'entredent. La mesure continue du déplacement longitudinal de la broche pendant la rotation alternative de la roue dentée à mesurer permet d'enregistrer avec une grande précision la longueur maximum du rayon de l'entredent sans imposer au dispositif un positionnement parfait de l'entredent avec l'axe de la broche. Les dessins annexés illustrent l'invention: - La figure 1 montre le principe de la mesure selon l'état de la technique - La figure 2 montre le principe de la mesure selon l'invention. - La figure 3 représente l'organigramme du cycle de fonctionnement de la machine. - La figure 4 est une vue en élévation du dispositif. - La figure S représente les éléments constitutifs du dispositif. - La figure 6 est une vue de dessus d'une partie du dispositif montrant localement le barillet qui porte les broches de contrôle avec une roue dentée. Selon l'invention le dispositif comprend: - Une machine sur laquelle on charge manuellement la pièce à contrôler. La mesure se fait avec une broche munie d'une extrémité sphérique et qui est montée sur un ensemble de chariot et barillet motorisés pour venir se positionner dans l'entredent de la roue dentée à mesurer. - Une armoire de commande qui comprend schématiquement, un calculateur et un coffret électrique pour alimenter tous les organes de puissance comme les moteurs électriques, les verrouillages de sécurité, les capteurs d'informations, etc... Le dispositif de mesure bien connu est représenté sur la figure 1. Une broche 3 avec son extrémité sphérique 4 s'engage dans l'entredent 5 d'une roue dentée 6. Un appareil de contrôle 7 comme un comparateur mesure la variation d'enfoncement donc la variation de rayon A R pour chaque entredent successif. On remarque, sur ce dessin, que l'axe de la broche 3 doit être rigoureusement en alignement avec le rayon passant par le milieu de l'entredent. Selon une caractéristique du procédé conforme à l'invention représenté à la figure 2 lorsque la broche de mesure 3 est engagée dans l'entredent 5, la roue 6 est animée d'un mouvement de rotation alternatif + o( - , qui produit un déplacement angulaire + 9 , de la broche de contrôle 3. La valeur de ce déplacement angulaire est variable en fonction du diamètre de la roue dentée à mesurer. ll en résulte un déplacement linéaire de la broche 3 mesuré sur le diamètre primitif de ladite roue. Selon la figure 5 la broche de contrôle 3 est fixée sur un barillet 7 tournant autour d'un axe 8 parallèle à l'axe de rotation de la roue dentée 21. Cet axe est lui-même porté par un bâti 50 mobile perpendiculairement à l'axe X de la roue dentée et poussé sur ladite roue par un dispositif élastique comme un ressort 55. Ce mouvement de rotation alternatif de la roue dentée et de la broche de mesure fait reculer et avancer le bâti 50 qui est relié à un capteur 57 qui mesure en permanence sa position par rapport à l'axe de la roue dentée. Lorsque le rayon de la roue dentée 21 et l'axe de la broche de mesure 3 sont alignés, la valeur lue par le capteur 57 donne la longueur exacte du rayon R. La figure 2 illustre parfaitement cette description. Le procédé de mesure est représenté sur la figure 3 et illustre les différentes fonctions du dispositif. Toutes les caractéristiques 9 de la pièce à contrôler sont stockées dans un calculateur 10. Ces caractéristiques sont par exemple: - le nombre de roues dentées de l'arbre, - la position de ces roues sur l'arbre, - le diamètre primitif de la denture de chaque roue dentée, - le module de la denture de chaque roue dentée, - le type de la denture (droite, hélicoïdale...) la procédure de la mesure, etc... Après leur stockage, un logiciel spécifique à la machine ordonne l'exécution des phases du procédé à l'automate ll. Ce dernier fonctionne alors selon le processus suivant: sélection 13, qui engendre la rotation du barillet 7 et le positionnement de la broche 3 adaptée à la denture de la roue à mesurer. - Déplacement 12 d'une platine ou chariot 41 pour la présentation de la broche 3 sélectionnée en face de la denture à mesurer. - Puis avance 14 d'un coulisseau ou bâti 50 qui porte le barillet 7 pour mettre en contact la broche 3 sélectionnée avec l'entredent. - Puis rotation alternée 15 d'au moins un aller et retour de l'arbre porteur de la roue dentée. Et mesure en continu 16 de la position de la broche 3 de mesure par rapport à l'axe X de l'arbre porteur des roues dentées. - Puis recul 17 du coulisseau ou bâti 50 et dégagement de la broche de mesure 3. commande de répétition des opération 14, 15, 16 et 17 par le compteur 18 pour la mesure successive de tous les entredents d'une même roue. commande des opération 13 et/ou 12 suivant le nombre de roues dentées montées sur le même arbre. - Une procédure d'étalonnage de la machine par palpage avec l'une des broches de mesure, des parties extrêmes de l'arbre 27 permet de tenir compte des défauts d'alignement de ladite machine. De plus, un écran 19 contrôle l'enregistrement des données 9 ainsi que le déroulement et la visualisation du cycle et des résultats de la mesure. La variation de la longueur des rayons peut-être visualisée par une représentation graphique définie par le logiciel grâce à une table traçante 20 couplée avec le calculateur 10 Toujours, selon l'invention, le barillet 7 porte une pluralité de broches de mesures. Ces broches sont de longueurs différentes et son équipées chacune d'une extrémité sphérique de diamètre tel que la sélection 13 par rotation du barillet 7 permet de disposer d'une broche adaptée à chaque roue dentée à contrôler en prenant en compte son diamètre primitif et son module. Ainsi, pour une roue de grand diamètre et de petit module de denture, sera sélectionnée une broche de faible longueur avec une extrémité sphérique de faible diamètre. Pour une roue de petit diamètre et de gros module de denture, sera sélectionnée une broche de grande longueur avec une extrémité sphérique de gros diamètre. Le dispositif mettant en oeuvre le procédé décrit est représenté sur la figure 4. Elle comprend, selon l'invention une machine 1 qui porte la pièce à contrôler 21 et un mécanisme porte broches 22. L'armoire de commande 2 de ladite machine, comprend un module logique 23 et un coffret de puissance 24 pour l'alimentation du moteur et des organes demandant une certaine puissance électrique comme les verrouillages de sécurité, les capteurs d'informations, etc... Selon une configuration classique, le module logique est équipé d'un panneau 25 pour la commande des différentes fonctions de la machine (comme sa mise en marche et son arrêt), et d'un clavier 26 pour l'enregistrement des caractéristiques de la pièce à contrôler. Un écran moniteur 19 permet de suivre le déroulement des opérations d'enregistrement des caractéristiques ainsi que la visualisation du déroulement du cycle des opérations de contrôle et des résultats de la mesure. Conformément au mode de réalisation représenté sur la figure 5, l'arbre 27 muni de ses roues dentées à contrôler est positionné verticalement sur la machine entre une poupée fixe 28 et une poupée mobile 29. Chacune de ces poupées est munie d'une pointe de centrage 30 La poupée fixe 28 possède un mandrin 31 avec deux mors 32-33 diamétralement opposés pour saisir l'arbre 27. Le mandrin 31 est entraîné en rotation par un moteur électrique 33 asservi en position. Ce système d'asservissement assure la rotation dent à dent de la roue dentée ainsi que sa rotation alternée pendant la lecture. Selon la longueur de l'arbre 27, la position de la poupée mobile 29 est ajustée manuellement sur une platine support 34 grâce à un système visécrou 35 commandé par un volant 36. La pointe de centrage 30 est mobile sur une glissière 37 pour être engagée et dégagée manuellement de l'arbre 27 par l'action d'un levier 38 avec un pignon 39 qui s'engrène sur une crémaillère 40. Une platine ou chariot 41 porte l'ensemble du mécanisme de palpage. Elle est guidée par des glissières suivant un axe vertical rigoureusement parallèle à l'axe de l'arbre à contrôler 27 . Elle est actionnée par un système vis-écrou commandé par un moteur électrique 42 asservi lui aussi en position, ce qui permet de positionner la broche de contrôle 3 soit en face de la denture de la roue à mesurer, soit en face d'une partie de la denture de la roue à mesurer si on souhaite faire deux mesures sur l'épaisseur de la roue. De part sa conception, une telle machine est tout particulièrement destinée au contrôle des pièces d'une même famille comme par exemple, les différents arbres de différentes boites de vitesses pour l'industrie automobile. Selon le procédé, on peut associer une broche de faible longueur avec une roue de grand diamètre primitif, ou une broche de grande longueur avec une roue de petit diamètre primitif. La machine est ainsi équipée d'une pluralité de broches de mesure fixées radialement sur le barillet 7 tourillonnant autour d'une axe vertical 8 et parallèle à l'axe longitudinal de l'arbre 27 qui porte les roues dentées à mesurer à une distance sensiblement constante dudit axe X. La mesure se faisant pour chacun des entredents de chacune des roues dentées équipant l'arbre 27, le fait de limiter au maximum la course d'engagement et dégagement de la broche de mesure permet de limiter le temps total de l'opération de mesure. Une autre caractéristique des pièces à contrôler est que chacune des roues dentées peut avoir un module de denture différent du module des autres roues. Le diamètre de l'extrémité sphérique de chacune des broches est donc différent pour s'adapter au module de la denture à mesurer. Selon la figure 6, le barillet 7 est équipé de plusieurs broches 3 - 43 - 44 45 - 46 - 47 - 48 - 49 dont la longueur et le diamètre de l'extrémité 333 434 - 444 - 454 - 464 - 474 - 484 - 494 - de chacune d'elle forme un assortiment qui permet le contrôle d'une pluralité de roues dentées dans les conditions décrites plus haut. Le barillet 7 et son bâti 50 se déplacent selon un axe horizontal et perpendiculaire à l'axe vertical de l'arbre 27, sur la platine 41, grâce à une glissière 51. Selon une caractéristique de l'invention, le déplacement du barillet 7 et de la broche de mesure est commandé par un mécanisme du type pignoncrémaillère 53, 54 et le contact de la broche avec la roue dentée est assuré par la poussée d'un ressort 55. La crémaillère 54 qui est actionnée par un pignon 53 solidaire d'un moteur électrique 52, est taillée dans une barre cylindrique coulissant librement dans le bâti 50 et munie à une de ses extrémités d'un talon 56 pour entraîner ledit bâti 50 dans le sens du recul. L'engagement de la broche de mesure dans l'entredent sélectionné se fait conjointement par le déplacement de la crémaillère 54 et par la poussée du ressort 55. Ainsi lorsque l'arbre 27 qui porte les roues dentées est animé d'un mouvement de rotation alternatif, le bâti 50 peut avancer et reculer sous l'effet de genouillère produit par l'alignement et le désalignement de la broche de mesure 3 avec le rayon de la roue à mesurer tout en restant en contact avec les dentures de la roue. La valeur du rayon de la roue est mesurée et enregistrée en continu par un capteur de type linéaire 57 solidaire de la platine 41 et dont le palpeur prend appui sur le bâti 50. La mise en place de la broche de mesure qui a été sélectionnée par le logiciel de commande se fait par la rotation du barillet 7 dont la chaîne cinématique est la suivante: - un moteur électrique 67 entraîne, grâce à une courroie 68 un mécanisme d'indexage 69. ll est décrit sur les figures 5 et 6 un barillet à 8 broches, donc le mécanisme d'indexage est à 8 positions. - le mécanisme d'indexage 69 est associé à un limiteur de couple 70 avec 8 positions stables pour faciliter la réinitialisation du barillet en cas de glissement dudit mécanisme. - la rotation est ensuite transmise vers le barillet 7 par l'intermédiaire d'un accouplement 61 à rattrapage de jeu élastique et par un couple de pignons coniques 62, 63. - l'amplitude et la rigidité de l'accouplement 61, sont définis pour absorber la rotation alternée de l'arbre 27 porteur des roues dentées pendant la lecture et transmises par la broche de mesure engagée dans l'entredent sans que les efforts sur cette broche soient trop importants. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle des engrenages par la mesure de la "cote sur bille" particulièrement destiné au contrôle automatique des dentures d'arbres munis d'une ou plusieurs roues dentées appliqué à un dispositif constitué par: - des moyens de positionnement et d'entraînement en rotation dent par dent d'un arbre (27) porteur d'une roue dentée (21). - des broches 3 de mesure à extrémité sphérique engagées dans l'entredent de la roue dentée et montées à coulissement suivant une direction perpendiculaire à l'axe dudit arbre. - une unité de commande (2) programmée dont la mémoire stocke les caractéristiques de la pièces à contrôler. Caractérisé en ce que l'unité de commande inclut: - des moyens de commande de sélection de la broche de contrôle en réponse au diamètre primitif et du module de la denture de la roue à contrôler. - des moyens de positionnement de la broche par rapport à la denture. - des moyens de commande d'avance, de mesure de position, de recul de la broche. - des moyens de commande de rotation pas à pas de l'arbre porteur de la roue dentée, adaptée au nombre de dents. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les broches différentes (3, 43, 44, 45, 46, 47, 48 et 49) sont fixées radialement à la périphérie d'un barillet (7) motorisé et indexé de façon à présenter la broche sélectionnée en face de l'entredent à mesurer. 3. Procédé de mise en oeuvre du dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la broche de mesure placée dans l'entredent, asservit des moyens de mise en rotation alternatif de l'arbre autour de son axe longitudinal d'au moins un aller et retour et que l'amplitude de la rotation génère un débattement mesuré sur la corde du rayon mesuré.