Brevet FR2692831A1 — publié le 19931231

La présente invention concerne en premier lieu un procédé permettant de maintenir un ensemble d'outils dans une position relative constante par rapport à une surface non plane, par exemple d'une pièce, l'ensemble d'outils et/ou la surface se déplaçant l'un par rapport à l'autre et devant demeurer écartés l'un de l'autre d'une distance constante. L'angle relatif moyen entre les outils et la surface doit, en outre, etre maintenu. Le type de problème rappelé ci-dessus se présente fréquemment lorsque l'on a à assurer un suivi de profil avec maintien de la normalité d'une pièce ayant une configuration non plane, c'est-à-dire présentant des rayons de courbure dont l'ensemble d'outils doit suivre l'évolution pour assurer sa tâche. En général, jusqu'à présent, la solution consistait à utiliser un seul outil (on conviendra d'utiliser le terme "outil" aussi bien pour le cas d'un contrôle sans contact que pour tout autre cas nécessitant un suivi de profil) dont on assurait la normalité en chaque point de la pièce à travailler par apprentissage ou par calcul à partir d'une définition géométrique théorique. On comprend qu'il s'agit là d'un processus lent et donc coûteux. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients en utilisant plusieurs outils agissant simultanément, ce qui permet de réduire considérablement les temps de balayage de la surface nécessaire à la réalisation du travail. Toutefois, l'utilisation de plusieurs outils travaillant simultanément sur une surface courbe pose des problèmes complexes et délicats qui tiennent notamment à la nécessité que chaque outil travaille perpendiculairement à la zone de la surface qui lui fait face et que la distance de chaque outil à la surface so-it identique. Ceci est particulièrement vrai pour les opérations de contrôle sans contact de surface où l'on utilise l'émission d'une onde (ultrasonore, optique, électromagnétique, ...). L'invention concerne un procédé qui répond parfaitement à ces nécessités et qui se caractérise par le fait que l'on émet, à partir d'au moins deux points solidaires de l'ensemble d'outils, au moins deux signaux distincts en direction de la surface, ces signaux étant reçus, après réflexion sur la surface, par les points d'émission ou par des points de réception distincts proches des points d'émission respectifs ; on traite un des signaux réfléchis par la surface de façon à s'assurer que le signal émis correspondant parcourt une distance pré-établie constante, ce signal servant de référence ; on fixe un écart de temps maximal tolérable entre les temps de parcours des deux signaux depuis le moment de leur émission jusqu'au moment de leur réception ; et, dès que l'écart maximal tolérable est dépassé, on agit sur l'ensemble d'outils pour écarter ou rapprocher de la surface au moins l'un des points de l'ensemble d'outils d'où sont émis les signaux. De cette manière, on obtient un auto-réglage de la position (distance et angle d'incidence) de l'ensemble d'outils par rapport à la surface. Afin d'accroître le rendement des opérations demandées à l'ensemble d'outils, en balayant une zone de là surface maximale compte-tenu de la courbure, on aura intérêt à émettre plus de deux signaux à partir de points distincts de l'ensemble d'outils. Dans ce cas, on disposera de préférence tous les points d'émission à égale distance d'un point central d'émission du signal de référence (la répartition régulière des points est préférable pour optimiser les performances de balayage de l'ensemble d'outils, mais n'est pas nécessaire au fonctionnement de l'invention). L'invention concerne également un dispositif mettant en oeuvre le procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte une platine portant au moins deux moyens d'émission et de réception de signaux disposés sensiblement perpendiculairement à la platine ; un moyen de commande permettant de rapprocher et/ou d'éloigner chacun des moyens d'émission de la surface de la pièce des moyens de détection de l'écart dans les temps de parcours des deux signaux depuis le moment de leur émission jusqu'au moment de leur réception ; et des moyens sollicitant, en fonction de la réponse des moyens de détection, le moyen de commande de déplacement des moyens d'émission par rapport à la surface. Un des moyens d'émission et de réception émet un signal de référence assurant un maintien à distance constante du moyen d'émission par rapport à la surface. Un dispositif maintient sensiblement nul l'écart de temps de trajet des signaux des divers moyens d'émission et de réception en agissant sur l'orientation relative de la platine par rapport à la pièce, de sorte que le plan comportant les moyens d'émission et de réception soit maintenu sensiblement parallèle à la surface de la pièce. Pour permettre le rapprochement ou l'éloignement des moyens d'émission, on pourrait prévoir diverses solutions techniques. Par exemple, on pourrait disposer d'une platine fixe sur laquelle les moyens d'émission seraient montés de façon mobile à la fois en translation (pour se régler à distance constante de la surface) et en pivotement (pour demeurer perpendiculaires à la surface). Toutefois, on préfèrera un mode de réalisation selon l'invention plus simple et moins onéreux. Selon ce mode de réalisation préféré, les moyens d'émission sont fixes par rapport à la platine qui les porte, tandis que le moyen de commande précité assure le pivotement de la platine autour d'au moins un axe (dans le cas de deux moyens d'émission) perpendiculaire au plan passant par les moyens d'émission de signaux, la platine étant alors montée de façon articulée sur un support muni d'un mouvement de translation qui sera choisi sensiblement perpendiculaire à la surface de la pièce à balayer. Dans le cas où l'on dispose de plus de deux moyens d'émission sur la platine, celle-ci sera de préférence articulée autour d'un système de cardan polir pouvoir s'orienter dans toutes les directions. Comme on l'a indiqué plus haut, l'invention peut s'appliquer aussi bien au cas d'un contrôle sans contact, qu'à tout autre cas nécessitant un suivi de profil et dans ce dernier cas, les moyens de détermination de distance (moyens d'émission et réception) seront couplés chacun avec un outil spécifique. Dans le premier cas, qui fera plus particulièrement l'objet de la description d'un exemple de réalisation, les moyens d'émission et de réception du signal sont constitués par des palpeurs émettant un signal, par exemple des palpeurs ultrasonores. C'est un tel exemple, non limitatif, que l'on décrira à présent en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un ensemble d'outils selon l'invention conçu pour le contrôle sans contact de pièces - la figure 2 est un schéma fonctionnel de l'installation selon l'invention - la figure 3 est une vue schématique montrant une disposition de palpeurs ultrasonores - les figures 4a, 4b, 5a, 5b, 6a et 6b sont des schémas explicatifs du fonctionnement. A la figure 1, on a représenté en S la surface d'une pièce à contrôler présentant une géométrie complexe, c' est-à-dire avec des rayons de courbure variés. Un ensemble d'outils, désigné de façon générale en 1, est destiné à assurer le contrôle de la pièce par des mesures sans contact. A cet effet, l'ensemble 1 comprend une platine 2 articulée par l'intermédiaire d'un système de cardan 3, à un support 4, le système de cardan 3 permettant un basculement de la platine 2 par rapport au support, d'une part, autour de l'axe 5 selon la double flèche 6 et, d'autre part, autour de l'axe 7 selon la double flèche 8. Naturellement, le système de cardan représenté l'est à titre d'exemple et il pourrait être remplacé par tc;ut système équivalent permettant à la platine 2 de se déplacer dans tous les plans. Les déplacements de la platine selon les flèches 6 et 8 peuvent être obtenus par tout moyen approprié, par exemple des moteurs 9 et 10 (figure 2). Par ailleurs, l'ensemble support 4 - platine 2 est susceptible d'être animé d'un mouvement selon la direction F normale au support 4 afin d'assurer le rapprochement ou l'éloignement de l'ensemble d'outils de la surface S, ce mouvement étant assuré par un moteur non représenté et devant assurer le maintien de l'ensemble d'outils à une distance D constante de la pièce S. La platine qui, dans exemple représenté, est de forme carrée, porte cinq palpeurs acoustiques 11, 12, 13, 14 et 15, le palpeur acoustique 11 étant situé au centre de la platine et les autres étant répartis, à égale distance, du palpeur acoustique 11, aux quatre sommets de la platine. Les palpeurs acoustiques de type connus qui ne seront donc pas décrits en détail, sont constitués par des buses comportant des transducteurs T émettant une onde ultrasonore 16 dans un milieu guide (par exemple une veine d'eau 17) en direction de la surface S de la pièce à tester. Chaque buse munie d'un transducteur T est reliée à un appareil de mesure 18 de type appareil ultrason permettant de traiter, comme on l'indiquera plus loin, les signaux ultrasonores réfléchis par la surface S (voir figure 2). L'appareil de mesure 18 est raccordé par ailleurs à chacun des moteurs 9 et 10 ainsi qu'au moteur non représenté réalisant le déplacement F, moteurs auxquels il est susceptible d'envoyer des signaux de commande par les circuits 19, 20 et 21. Le principe de fonctionnement des palpeurs acoustiques repose, de façon connue, sur l'utilisation du signal ultrasonore réfléchi par la surface S. Le temps entre l'émission et le retour du signal est égal à 2 fois la distance du palpeur acoustique à la surface S que divise la vitesse du son dans le milieu de guidage (veine d'eau). On peut donc maintenir constante la distance D entre palpeur acoustique et surface S en asservissant la position du palpeur acoustique au temps de trajet du signal ultrasonore. Le calage de la platine sur une distance constante D est obtenu en traitant le signal ultrasonore de référence émis par le palpeur acoustique central 11 par l'appareil de mesure 18. Pour que l'ensemble des palpeurs acoustiques donnent une mesure efficace et fiable, il est impératif que chacun de ceux-ci soit à tout moment dans une position quasi-perpendiculaire par rapport à la zone de la surface S qui lui fait face. Cette perpendicularité (ou quasi-perpendicularité) des palpeurs acoustiques est obtenue en utilisant un principe proche de celui décrit ci-dessus appliqué aux palpeurs acoustiques périphériques et réalisant un pilotage de l'ensemble d'outils selon au moins un des axes 5 ou 7 (pour les surfaces S réglées) ou selon les axes 5 et 7 (application au cas des surfaces S complexes), de façon à minimiser les écarts des distances entre chaque palpeur acoustique et la surface S, en maintenant cette distance aussi voisine de D que possible. Dans le cas d'un dispositif à cinq palpeurs acoustiques comme celui qui est représenté à la figure 3, destiné à se déplacer en bloc selon des axes X et Y par rapport à la surface S, on fait en sorte que les palpeurs acoustiques soient écartés d'un pas C judicieux (multiple de 1, 1,5, 2, 2,5 et 3 mm) par exemple un pas de 30 mm. Dans ce cas, la platine est inclinée d'un angle ss de 18025'48" par rapport à l'axe Y et deux palpeurs acoustiques 14 et 15 périphériques adjacents sont éloignés d'une distance A égale à 94,87 mm, tandis que la distance B entre le palpeur acoustique central 11 et chaque palpeur acoustique périphérique est de 67,08 mm. Par un déplacement de la platine selon l'axe Y (axe de balayage) suivi d'un déplacement selon l'axe X (axe d'incrément) d'un petit pas e, on obtient un balayage de toute la surface S. Il est à noter que, compte-tenu de la disposition des palpeurs acoustiques décrite ci-dessus, les rôles des axes X et Y peuvent être inversés pour assurer un balayage suivant l'axe X et un incrément suivant l'axe Y. Sur l'ensemble des palpeurs acoustiques, on utilise le signal réfléchi du palpeur acoustique central 11 pour maintenir sa distance D constante par rapport à la pièce S. Pour cela, l'appareil de contrôle 18 est réglé pour disposer, comme on le voit à la figure 4b, de deux portes à apparition d'écho P1 et P2 asservies selon l'axe des temps à l'écho d'émission, délivrant une information analogique ou numérique lorsqu'un signal de tension supérieure à un seuil pré-établi est présent, ces deux portes étant séparées d'un intervalle de temps I correspondant à la précision de positionnement souhaitée. La porte P1 est située avant l'intervalle de temps désiré I et la porte P2 après. Sur la figure 4b, on a représenté en E le signal d'émission du palpeur acoustique 11 (voir figure 4a) sur lequel les portes P1 et P2 sont temporellement asservies et en R le signal réfléchi par la surface S. Le signal R représenté en trait pointillé correspond à la distance D souhaitée entre palpeur acoustique et surface. Si le signal réfléchi prend du retard et par exemple se situe comme le signal en trait plein Rt, il se trouve alors dans la porte P2. L'appareil de mesure 18 va alors émettre un signal en direction de l'ensemble 1 pour agir sur celui-ci jusqu'à ce que le signal réfléchi se trouve dans la zone de temps désiré I. Cette action pourra par exemple prendre la forme d'un actionnement du moteur (non représenté) servant à rapprocher la platine 2 de la surface S suivant la direction F. Comme on le comprend, lorsque le signal réfléchi se trouve dans la porte P2, le système provoque le rapprochement du palpeur acoustique 11 par rapport à la surface S jusqu'à ce que le signal sorte de la porte P2. A l'inverse, si le signal réfléchi se trouve dans la porte P1, le système provoquera l'éloignement du palpeur acoustique 11 par rapport à la surface S jusqu'à ce que le signal sorte de la porte P1. On notera que le système décrit ci-dessus étant passif, l'absence de signal réfléchi ne provoque aucune correction de la distance relative palpeur acoustique / pièce (cas rencontré lorsque le palpeur acoustique dépasse le bord de la pièce au cours du balayage, par exemple). Naturellement, le même résultat pourrait être obtenu par un traitement numérique du temps de trajet palpeur acoustique / pièce, obtenu par numérisation des signaux. Le maintien de la perpendicularité entre les palpeurs acoustiques et la pièce S est obtenu par rotation de l'ensemble de la platine porte-palpeurs selon les flèches 6 et 8 de la figure 1. Pour atteindre ce résultat, on équilibre simplement la distance palpeur acoustique / pièce S des couples de palpeurs acoustiques opposés 13-15 et 12-14 de la manière que l'on décrira à présent en référence aux figures 5a, 5b, 6a et 6b. A la figure 5a, on a représenté un cas où, du fait de la conformation de la pièce S, les deux palpeurs acoustiques opposés 13 et 15 se trouvent pour l'un éloigné de la surface S d'une distance supérieure à la distance D normale et pour l'autre à une distance de la surface S inférieure à D. Dans ce cas, le système de l'invention rétablit automatiquement la position normale des palpeurs acoustiques pour qu'ils reviennent pratiquement perpendiculaires à la surface S. Pour cela, un appareil de mesure 18 est conçu de façon que, sur l'axe des temps, existent deux portes à apparition d'écho P A asservi sur l'écho réfléchi SR13 du palpeur acoustique 13 et P B asservi à l'écho réfléchi SR15 du palpeur acoustique 15 (plages de temps définies) qui, si un signal réfléchi du palpeur acoustique opposé se situe dans une de ces portes, réagissent audit signal pour actionner le moteur 10 pour provoquer le déplacement de la platine 2 selon la flèche 8 (voir figure 5b). De même, l'appareil de mesure 18, associé aux palpeurs acoustiques 12 et 14, actionne le moteur 9 pour provoquer le déplacement de la platine 2 selon la flèche 6. Ainsi, comme on le voit à la figure 5b, la porte PA est décalée avec un léger retard RC sur l'écho réfléchi SR13 du palpeur acoustique 13. Si l'écho réfléchi SR15 du palpeur acoustique 15 apparait dans la porte PA (comme représenté en trait continu), un signal est émis par l'appareil de mesure 18 pour faire tourner la platine 2 selon la flèche 8 en provoquant l'éloignement relatif du palpeur acoustique 13 de la piece et donc un rapprochement relatif du palpeur acoustique 15 de la pièce, jusqu'à ce que l'écho réfléchi SR15 du palpeur acoustique 15 sorte de la porte P A et vienne occuper la position en trait pointillé de la figure 5b. De même, comme représenté à la figure 6b, la porte PB étant calée avec un retard RC sur l'écho réfléchi SR15 du palpeur acoustique 15, si l'écho réfléchi du palpeur acoustique 13 apparaît dans la porte PB, l'appareil de mesure 18 doit commander la rotation de la platine 2 selon la flèche 8 pour provoquer l'éloignement relatif du palpeur acoustique 15 et le rapprochement relatif du palpeur acoustique 13 jusqu'à ce que l'écho réfléchi SR13 du palpeur acoustique 13 sorte de la porte P B et vienne occuper la position en trait pointillé. On applique le même principe aux palpeurs acoustiques opposés 12 et 14 associés au moteur 9 pilotant le basculement selon la flèche 6. On a donc un double pivotement de l'ensemble platine-palpeurs acoustiques assurant une quasi-perpendicularité des palpeurs acoustiques par rapport à la surface de la pièce S. Comme on l'a déjà indiqué, le système étant passif, l'absence de signal réfléchi ne provoque aucune correction de l'orientation de la platine support de palpeurs acoustiques par rapport à la pièce, notamment lorsqu'un des palpeurs acoustiques dépasse le bord de la pièce au cours d'un balayage comme décrit à la figure 3. On comprend que la forme de réalisation décrite est simplement illustrative et que l'on pourrait utiliser, au lieu d'un double pivotement de la platine munie de palpeurs acoustiques fixes, une platine non orientable sur laquelle chaque palpeur acoustique serait monté de façon à pouvoir se déplacement axialement en translation et être orienté par pivotement autour d'un axe médian. Une telle solution serait cependant plus onéreuse que celle qui est décrite ci-dessus. REVENDICATIONS r 1- Procédé pour maintenir un ensemble d'outils (1) dans une position relative constante par rapport à une surface non plane (S), l'ensemble d'outils (1) et/ou la surface (S) se déplaçant l'un par rapport à l'autre et devant demeurer écartés l'un de l'autre d'une distance constante (D), caractérisé en ce que - on émet, à partir d'au moins deux points solidaires de l'ensemble d'outils (1), au moins deux signaux distincts en direction de la surface (S), ces signaux étant reçus, après réflexion sur la surface (S), par les points d'émission ou par des points de réception distincts proches des points d'émission respectifs, - on traite un des signaux réfléchis par la surface (S) de façon à s'assurer que le signal émis correspondant parcourt une distance pré-établie constante (D), ce signal servant de signal de référence, - on fixe un écart de temps maximal tolérable (I) entre les temps de parcours des deux signaux depuis le moment de leur émission jusqu'au moment de leur réception, - et, dès que l'écart maximal tolérable (I) est dépassé, on agit sur l'ensemble d'outils (1) pour écarter ou rapprocher de la surface (S) au moins l'un des points de l'ensemble d'outils (1) d'où sont émis les signaux. 2- Procédé selon la revendication 1, dans lequel on émet plus de deux signaux à partir de points distincts de l'ensemble d'outils (1), caractérisé en ce qu'on dispose tous les points d'émission (12-15) à égale distance d'un point central d'émission (11) du signal de référence. 3- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est appliqué à un système de contrôle de pièce sans contact. 4- Dispositif destiné à travailler sur une pièce de surface non plane et mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte - une platine (2) portant au moins deux moyens d'émission et de réception (11-15) de signaux disposés sensiblement perpendiculairement à la platine (2), - un moyen de commande (9, 10) permettant de rapprocher et/ou d'éloigner chacun des moyens d'émission (11-15) de la surface (S) de la pièce, - des moyens de détection (PA ; PB) de l'écart dans les temps de parcours des deux signaux depuis le moment de leur émission jusqu'au moment de leur réception, et - des moyens (18) sollicitant, en fonction de la réponse des moyens de détection (P PB)) le A' B le moyen de commande (9, 10) de déplacement des moyens d'émission par rapport à la surface (S). 5- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'un des moyens d'émission et de réception (11) émet un signal de référence assurant un maintien à distance constante (D) du moyen d'émission par rapport à la surface. 6- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens d'émission et de réception (11-15) de signaux sont fixes par rapport à la platine (2) qui les porte. 7- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de commande (9, 10) assure le pivotement de la platine (2) autour d'au moins un axe (5, 7) perpendiculaire au plan passant par les deux moyens d'émission de signaux, la platine (2) étant montée de façon articulée sur un support (4). 8- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, comportant plus de deux moyens d'émission et de réception de signal, caractérisé en ce que le moyen d'émission (11) émettant le- signal de référence est situé à égale distance de tous les autres moyens d'émission (12, 13, 14, 15). 9- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, destiné au contrôle sans contact de pièces, caractérisé en ce que les moyens d'émission et de réception (11-15) du signal sont des palpeurs ultrasonores. 10- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le moyen de commande du pivotement de la platine est un moteur (9, 10) porté par le support-platine (4, 2). 11- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que le moyen de détection de l'écart des temps de parcours des signaux est constitué par un appareil ultrason (18). 12- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que le moyen sollicitant le moyen de commande (9, 10) de la platine est constitué par un signal adressé par l'appareil ultrason (18) audit moyen de commande.