Brevet FR2692348A1 — publié le 19931217

"Dispositif de contrôle dimensionnel sans contact pour pièces mécaniques et autres objets" La présente invention concerne un dispositif de contrôle dimensionnel sans contact, pour pièces mécaniques et autres objets divers, permettant la mesure automatique de leurs cotes extérieures et intérieures et leur comparaison avec un élément "étalon". Ce dispositif est particulièrement destiné aux applications industrielles de mesure s'intégrant dans un processus de fabrication, contrôle et/ou conditionnement de pièces ou d'objets, nécessitant précision, rapidité, adaptabilité et/ou performance dans les conditions d'acquisition de leurs dimensions. La mesure des dimensions d'une pièce mécanique est traditionnellement effectuée au moyen d'appareillages mécaniques, optiques ou électroniques plus ou moins sophistiqués (comparateurs, pieds à coulisse, capteurs électroniques ou optiques à laser, etc...), intervenant sur des pièces à contrôler qui sont fixes ou au contraire animées d'un mouvement de défilement, cette dernière possibilité s'appliquant notamment au contrôle dimensionnel sans contact de pièces identiques fabriquées en série.Les dispositifs de contrôle dimensionnel existants sont, dans tous les cas, attachés à la mesure d'une cote (par exemple longueur ou diamètre) ou d'un ensemble de cotes dans le cas de montages réalisant des mesures simultanées, mais ils ne permettent jamais de saisir une image dimensionnelle complète, associant des cotes extérieures et aussi des cotes intérieures ceci notamment pour des pièces creuses ou de formes plus ou moins complexes. Dans le cas de telles pièces, la détermination des cotes aussi bien extérieures qu'intérieures oblige à des manipulations multiples et/ou à l'utilisation de moyens variés et coûteux, liés aux formes mêmes des pièces à contrôler. La présente invention vise à éviter ces inconvénients, en fournissant un dispositif qui, sans manipulations multiples et d'une manière automatique, permet de déterminer simultanément les dimensions extérieures et intérieures, pour des pièces mécaniques et autres objets de toutes formes. A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet un dispositif de contrôle dimensionnel sans contact pour pièces mécaniques et autres objets, qui comprend en combinaison - un module de mesure opto-électronique comportant une source de rayons X et un capteur opto-électronique, la zone située entre la source et le capteur étant apte à recevoir la pièce ou l'objet à contrôler, cette zone de mesure étant rendue accessible par un tunnel s'ouvrant vers l'extérieur, - une unité centrale informatique associée au module de mesure, assurant le contrôle des commandes du dispositif, la mémorisation des résultats de la mesure et éventuellement leur traitement en vue de leur exploitation, - un pupitre de contrôle destiné à un opérateur, équipé d'un écran et d'un clavier, pour la saisie des paramètres de la mesure et pour la visualisation des résultats obtenus. Le module de mesure opto-électronique à rayons X donne, sans aucun contact, une image des formes extérieures et intérieures de la pièce ou de l'objet à contrôler, selon un plan en coupe parallèle à une surface de mesure sur laquelle cette pièce ou cet objet est posé. La pièce ou l'objet à contrôler peut être introduit manuellement dans le tunnel donnant accès à la zone de mesure, ou de préférence de façon automatique, en étant déplacé par un moyen de transfert qui l'introduit à une extrémité du tunnel et le fait ressortir à l'autre extrémité de ce tunnel, en le faisant passer par la zone de mesure qui possède, par exemple, une surface utile initiale de l'ordre de 100 cm2. L'unité centrale informatique assure la gestion du module de mesure opto-électronique, ainsi que la commande générale du dispositif. Plus particulièrement, cette unité centrale assure le séquencement logique des étapes de la mesure, la mise en mémoire de l'image recueillie, l'interface par rapport aux liaisons extérieures mises en oeuvre et le traitement final des données par rapport à des paramètres et données de référence pré-enregistrés. Les données de référence, qui correspondent à l'élément "étalon" auquel doivent être comparées les pièces ou objets à contrôler, peuvent être introduites en mémoire selon divers processus - lecture directe par le module de mesure, sur une pièce ou un objet "étalon" disponible, des dimensions à contrôler, - et/ou numérisation d'un plan de la pièce ou de l'objet de référence sur un appareillage approprié, - et/ou mise en mémoire des caractéristiques de cette pièce de référence par transfert d'un fichier numérique de dessin en plan, issu d'un système de dessin assisté par ordinateur (CAO/DAO). L'introduction de ces données de référence et de tous autres paramètres de commande du dispositif s'effectue à l'aide du pupitre de contrôle, équipé avantageusement d'une console graphique qui permet à l'utilisateur de visualiser comparativement les images recueillies et analysées par le dispositif. A ce dispositif peuvent être connectés, par l'intermédiaire d'interfaces, des équipements optionnels divers, notamment pour la connexion du dispositif à une installation externe de fabrication, contrôle et/ou conditionnement des pièces ou objets mesurés. Naturellement, la nature des pièces ou objets à contrôler doit être compatible avec la technique de mesure par rayons X, c'est-à-dire que les pièces ou objets en cause doivent être perméables aux rayons X, tout en les absorbant partiellement en fonction de l'épaisseur de matière traversée par ces rayons, et les dimensions des pièces ou objets à contrôler doivent être en outre compatibles avec la surface utile de la zone de mesure. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif de contrôle dimensionnel, et en illustrant une application particulière Figure 1 est un organigramme général d'un dispositif conforme à la présente invention Figure 2 représente, très schématiquement, le principe du module de mesure opto-électronique, faisant partie du dispositif selon l'invention Figure 3 représente l'image d'une pièce mécanique, obtenue avec ce dispositif Figure 4 illustre l'intégration d'un dispositif selon l'invention dans une chaîne de contrôle, derrière une machine à décolleter numérisée. Le dispositif de contrôle dimensionnel selon l'invention, destiné notamment à une mesure sans contact de pièces mécaniques comportant des cotes caractéristiques extérieures et intérieures telles que celle représenté en 1, comporte un module de mesure opto-électronique 2 indiqué schématiquement sur la figure 1, et représenté plus précisément à la figure 2. Le module de mesure opto-électronique 2 comprend une source de rayons X 3, un système optique 4 et un capteur opto-électronique 5. Ce module opto-électronique 2 est disposé transversalement, sur un tunnel 6 accessible par ses deux extrémités (voir aussi figure 4), l'ensemble formant un appareillage caréné. La pièce à contrôler 1 parcourt le tunnel 6, et elle est mesurée lors de son passage entre la source de rayons X 3 et le capteur optoélectronique 5. Le tunnel 6 et le module 2 définissent par exemple une zone de mesure opto-électronique A d'une surface utile initiale de 100 mm x 100 mm. Ainsi, le module de mesure opto-électronique 2 donne, sans aucun contact, une image des formes extérieures et intérieures de la pièce 1, selon un plan en coupe parallèle à la surface de mesure sur laquelle cette pièce 1 est posée, et en fonction de la position de ladite pièce sur la surface de mesure. On obtient ainsi une image contrastée des formes profilées extérieures et intérieures de la pièce, image pouvant être mémorisée électroniquement et se présentant, par exemple, comme illustré sur la figure 3. Au module de mesure opto-électronique 2 est associée une unité centrale informatique 7 assurant le contrôle des commandes, la mémorisation des points de la mesure et le traitement de la mesure en vue de son exploitation. L'unité centrale 7 est elle-même associée, par l'intermédiaire d'interfaces 8 et 9, à des fichiers de données et des mémoires symbolisés en 10, et avec un pupitre de contrôle 11 destiné à un opérateur et équipé d'une console graphique avec écran 12 et clavier 13. L'analyse de la pièce 1 ayant été faite, avec formation et mémorisation d'une image telle qu'illustrée sur la figure 3, l'unité centrale informatique 7 va réaliser le traitement des données recueillies, c'est-à- dire la comparaison avec un élément "étalon" et l'établissement d'un état des écarts dimensionnels par rapport à l'élément "étalon". L'élément "étalon" est introduit au préalable dans la mémoire de données 10 du dispositif, plusieurs voies étant utilisables pour l'introduction de cet élément "étalon" : a) soit l'analyse dimensionnelle directe d'une pièce "étalon", sur le dispositif lui-même, avec cotation de ses dimensions extérieures et/ou intérieures caractéristiques au moyen de la console d'utilisateur (écran 12 et clavier 13 du pupitre de contrôle 11) b) soit la numérisation d'un plan (dessin) de la pièce, par un appareillage standard 14 relié au pupitre de contrôle 11 ; c) soit par le transfert d'un fichier numérique de dessin en plan, en deux dimensions, dans un format standard à définir par la liaison informatique disponible au pupitre de contrôle 11. Dans le cas des voies b) et c) d'introduction des données relatives à l'élément "étalon", il faut, à partir de la console d'utilisateur, redéfinir les dimensions cotées du plan numérisé ou du dessin transféré. L'unité centrale informatique 7 ayant établi les écarts dimensionnels entre les cotes mesurées et celles relatives à l'élément "étalon", ces écarts pourront être exploités pour piloter, au travers de l'interface 9, un procédé associé externe au dispositif, procédé mis en oeuvre par exemple par un automate 15. Le cycle moyen de mesure d'une pièce mécanique 1, comportant l'analyse opto-électronique et le traitement informatique des données, pourra s'effectuer en un temps n'excédant pas 2 secondes, ce qui permettra, dans les applications industrielles du dispositif, le contrôle de séries de pièces à une cadence élevée, s'adaptant à un processus de fabrication, contrôle et/ou conditionnement de pièces. La précision obtenue au point, sur l'analyse de l'image peut être de 5ssm ou mieux. A titre d'exemple d'application, la figure 4 montre le dispositif précédemment décrit, intégré dans une chaîne de contrôle de pièces 1 située derrière une machine à décolleter numérisée 16, dont la commande numérique est indiquée en 17. Les pièces mécaniques 1 usinées sur la machine 16 parviennent sur un transporteur sans fin 18 qui les introduit successivement dans le tunnel 6 et leur fait parcourir selon la flèche F ce tunnel 6, où chaque pièce est analysée à son passage dans la zone de mesure A. On réalise ainsi un dispositif intégré de conception manuelle pour le contrôle - réception et le contrôle industriel en général, applicable à la réalisation des objectifs de qualité. Il va de soi que l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif de contrôle dimensionnel qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. Ainsi l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention en prévoyant d'autres interfaces pour des appareillages optionnels, nécessaires à la mise en oeuvre du dispositif dans des applications particulières, ou encore en destinant le même dispositif au contrôle dimensionnel sans contact non seulement de pièces mécaniques, mais aussi de tous autres objets dont la matière (métal, bois, matière plastique, etc...) est perméable aux rayons X. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle dimensionnel sans contact pour pièces mécaniques et autres objets, permettant la mesure automatique de leurs cotes extérieures et intérieures et leur comparaison avec un élément "étalon", caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison - un module de mesure opto-électronique (2) comportant une source de rayons X (3) et un capteur optoélectronique (5), la zone (A) située entre la source (3) et le capteur (4) étant apte à recevoir la pièce ou l'objet à contrôler (1), cette zone de mesure (A) étant rendue accessible par un tunnel (6) s'ouvrant vers l'extérieur, - une unité centrale informatique (7) associée au module de mesure (2), assurant le contrôle des commandes du dispositif, la mémorisation des résultats de la mesure et éventuellement leur traitement en vue de leur exploitation, - un pupitre de contrôle (11) destiné à un opérateur, équipé d'un écran (12) et d'un clavier (13), pour la saisie des paramètres de la mesure et pour la visualisation des résultats obtenus. 2. Dispositif de contrôle dimensionnel sans contact pour pièces mécaniques et autres objets, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de mesure opto-électronique à rayons X (2) est prévu pour donner une image des formes extérieures et intérieures (figure 3) de la pièce ou de l'objet à contrôler (1), selon un plan en coupe parallèle à une surface de mesure contre laquelle cette pièce ou cet objet (1) est posé. 3. Dispositif de contrôle dimensionnel sans contact pour pièces mécaniques et autres objets, selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module de mesure (2) comporte un moyen de transfert (18) qui déplace chaque pièce ou objet à contrôler (1) en l'introduisant à une extrémité du tunnel (6) et le fait ressortir à l'autre extrémité de ce tunnel, en le faisant passer par la zone de mesure (A). 4. Dispositif de contrôle dimensionnel sans contact pour pièces mécaniques et autres objets, selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la zone de mesure (A) possède une surface utile initiale de l'ordre de 100 cm2. 5. Dispositif de contrôle dimensionnel sans contact pour pièces mécaniques et autres objets, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'unité centrale informatique (7) est prévue pour assurer le séquencement logique des étapes de la mesure, la mise en mémoire de l'image recueillie (figure 3), l'interface (8,9) par rapport aux liaisons extérieures mises en oeuvre et le traitement final des données par rapport à des paramètres et données de référence préenregistrés (en 10). 6. Dispositif de contrôle dimensionnel sans contact pour pièces mécaniques et autres objets, selon la revendication 5, caractérisé en ce que les données de référence, correspondant à l'élément "étalon" auquel doivent être comparés les pièces ou objets à contrôler (1), sont introduites en mémoire (10) par - lecture directe par le module de mesure (2), sur une pièce ou un objet "étalon" disponible, des dimensions à contrôler, - et/ou numérisation d'un plan de la pièce ou de l'objet de référence sur un appareillage (14), - et/ou transfert d'un fichier numérique de dessin en plan, en deux dimensions. 7. Dispositif de contrôle dimensionnel sans contact pour pièces mécaniques et autres objets, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le pupitre de contrôle (11) est équipé d'une console graphique (12,13) prévue pour visualiser comparativement les images recueillies (figure 3) et analysées par le dispositif. 8. Dispositif de contrôle dimensionnel sans contact pour pièces mécaniques et autres objets, selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'interfaces (9) pour sa connexion à une installation externe (15 ; 16) de fabrication, contrôle et/ou conditionnement des pièces ou objets mesurés (1).