Brevet FR2705145A1 — publié le 19941118

DISPOSITIF DE MESURE DE RECTITUDE La présente invention concerne les dispositifs de mesure de rectitude, en particulier pour mesurer la rectitude d'un rail au niveau de sa soudure. I1 existe, en laboratoire, de nombreuses manieras de mesurer ou contrôler la rectitude d'un objet. Ces méthodes mettent en oewre des systèmes trop complexes ou trop volumineux pour qu'on les utilise en dehors du laboratoire, par exemple pour mesurer sur place la rectitude d'un rail, ou bien de tout autre objet fixe ou trop encombrant pour le transporter dans un laboratoire de mesure. I1 est important, après la soudure et le meulage d'un railr de contrôler la rectitude de celui-ci pour s'assurer que des déformations trop importantes ne risquent pas d'entraîner des vibrations lors du passage d'un train. La figure 1 représente très schématiquement un dispositif classique de mesure de rectitude de rail. I1 s'agit d'un dispositif dit règle GEISMAR. Ce dispositif comprend un châssis, non représenté, muni de deux pieds 10 que l'on pose sur un rail 12. Une courroie crantée 14 est tendue entre deux poulies 16 et 17 parallèlement aux rails 12. L'une des poulies, 16, est munie d'une manivelle 16-1 permettant d'entraîner, parallèlement aux rails 12, un chariot 18 fixé à la courroie 14. Le chariot 18 est guidé par des glissières, non représentées, qui doivent être fabriquées avec grand soin car leur rectitude doit être particulièrement précise. Le chariot 18 est muni d'un palpeur 18-1 sollicité élastiquement vers le rail 12. Pour mesurer la rectitude du rail 12, notamment au niveau d'une soudure 12-1, un opérateur actionne la manivelle 16-1 pour déplacer le chariot 18 d'une poulie vers l'autre. Au cours du déplacement, un stylet, non représenté, actionné par le palpeur 18-1 par l'intermédiaire d'un système à biellettes, trace le profil du rail sur une bande de papier déroulée tandis que le chariot 18 se déplace. Un premier inconvénient de ce dispositif est qu'il est particulièrement lourd (il faut au moins deux personnes pour le transporter) car, pour garantir une précision convenable, il est de construction rigide, ce qui nécessite l'utilisation de pièces massives en acier. Un autre inconvénient d'un tel dispositif est qu'il est particulièrement fragile, c' est-à-dire qu'il peut vite perdre sa précision, par exemple par suite à des chocs ou du fait qutil a été disposé dans une position bancale au cours de son transport ou de son stockage. Une fois qu'un tel dispositif a perdu sa précision, il est pratiquement impossible de le corriger. I1 faut alors établir un profil étalon de l'appareil que l'on doit soustraire à chaque profil relevé d'un rail pour obtenir le profil réel du rail. Un objet de la présente invention est de prévoir un dispositif portable de mesure de rectitude d'un objet conducteur, notamment d'un rail, qui soit particulièrement léger et facile à transporter. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel dispositif qui soit particulièrement facile à étalonner même après une déformation importante. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel dispositif qui soit particulièrement pratique à utiliser. Ces objets sont atteints grâce à un dispositif de mesure de rectitude d'un objet conducteur, comprenant une pluralité de capteurs de distance sans contact alignés selon un axe d'une règle à poser sur l'objet, et des moyens de communication des mesures fournies par chaque capteur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les capteurs sont des capteurs capacitifs. La règle comporte à chaque extrémité une cale à poser sur l'objet, dont 1 'une au moins est conductrice et fournit à 1' objet un signal électrique nécessaire au fonctionnement des capteurs capacitifs. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les capteurs capacitifs sont réalisés sur des circuits imprimés rectangulaires comportant sur une face opposée à celle où sont réalisés les capteurs des circuits électroniques à montage en surface destinés à exploiter les signaux des capteurs. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comprend des moyens pour afficher dans un système de coordonnées les amplitudes des mesures fournies par les capteurs en fonction des positions respectives des capteurs. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit objet est un rail. Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque extrémité de la règle est fixée de façon amovible à un bloc qui comprend des mâchoires destinées à serrer le rail tout en alignant l'axe des capteurs sur l'axe du rail, des moyens étant en outre prévus pour, une fois que les blocs sont fixés sur le rail, repositionner la règle latéralement de manière à pouvoir mesurer la rectitude d'un flanc du rail à une position prédéterminée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les capteurs capacitifs sont formés par la partie centrale d ' anneaux alignés gravés sur une couche de cuivre des circuits imprimés, le cuivre restant à l'extérieur des anneaux jouant le rôle d'anneaux de garde. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les circuits imprimés sont maintenus dans deux rainures opposées internes d'une partie en "U" de la règle, l'un des flancs de chaque rainure étant droit et servant d'appui aux circuits imprimés et 1 'autre des flancs de chaque rainure étant incliné de manière à entrer en contact avec le circuit imprimé sans que celui-ci atteigne le fond de la rainure. Des moyens de serrage sont prévus pour rapprocher les deux flancs de la partie en "U". Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1, précédemment décrite, représente un dispositif portable classique de mesure de rectitude d'un rail ; la figure 2 représente un mode de réalisation de dispositif portable de mesure de rectitude d'un objet conducteur selon la présente invention la figure 3 représente schématiquement une architecture de circuit d'exploitation d'informations fournies par des capteurs de distance utilisés dans le dispositif selon 1 'inven- tion ; ; la figure 4 représente des capteurs de distance capacitifs réalisés sur circuit imprimé la figure 5 représente une règle de maintien d'un ensemble de circuits imprimés du type de celui de la figure 4 la figure 6 représente une vue externe en perspective d'un mode de réalisation de dispositif de mesure selon 1 'inven- tion ; et la figure 7 représente une vue en coupe du dispositif de la figure 6 placé sur un rail, une deuxième position d'un élément du dispositif étant représentée en pointillés. La figure 2 représente schématiquement un dispositif de mesure de rectitude selon l'invention posé au-dessus d'une soudure 12-1 d'un rail 12. Ce dispositif comprend une pièce allongée 20, ci-après règle, munie à sa face inférieure d'une pluralité de capteurs de distance 22 sans contact, par exemple inductifs ou capacitifs, alignés selon un axe correspondant à l'axe selon lequel on veut mesurer la rectitude. On peut utiliser des capteurs sans contact grâce au fait que le rail 12 est conducteur d'électricité. Le dispositif de mesure comprend en outre un boîtier 24 muni d'un écran 24-1 permettant d'afficher grâce à des circuits électroniques décrits ultérieurement les mesures fournies par chacun des capteurs 22. De préférence, l'affichage s'effectue dans un système de coordonnées où lton représente les valeurs des mesures en fonction des positions des capteurs correspondants. L'écart entre capteurs 22 est constant selon un mode de réalisation. I1 pourrait aussi être variable dans d 'autres modes de réalisation ; on peut disposer davantage de capteurs par unité de longueur au centre de la règle 20 pour relever avec davantage de précision le profil du rail au niveau de la soudure 12-1. L'axe de coordonnées affecté aux positions des capteurs est alors gradué en conséquence sur l'affichage 24-1. La règle 20 est munie à chaque extrémité d'une cale 26 à poser sur le rail 12. Ces cales sont en un matériau dur, par exemple en carbure métallique, pour minimiser leur usure au cours des nombreuses utilisations du dispositif. Un tel dispositif de mesure est particulièrement facile à réaliser car il n' est pas nécessaire de positionner les capteurs 22 avec une grande précision, notamment perpendiculairement au rail 12. En effet, comme on le verra ultérieurement, les capteurs 22 sont gérés par un microprocesseur (ce qui est la façon la plus simple de procéder) qui, sur demande, exécute un programme d'étalonnage permettant de mémoriser des valeurs de correction pour chaque capteur 22. Ainsi, si lton craint que les positions des capteurs 22 aient été modifiées à la suite d'un choc, par exemple, il suffit de réexécuter le programme d 'éta- lonnage. En outre, du fait qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des organes mécaniques de précision devant supporter des efforts et une usure dans le temps (glissières de chariot dans le dispositif de la figure 1), le dispositif de mesure selon l'invention ne comporte pas de pièces lourdes. Bien entendu, il faut que la position des capteurs 22 soit stable dans le temps, mais ces capteurs ne sont soumis à aucun effort et il n' est pas nécessaire de réaliser la règle 20 qui les maintient de manière particulièrement rigide. En conséquence, un dispositif de mesure selon l'invention est particulièrement léger et portable par une seule personne (pour une longueur de mesure d'environ 1 m, le dispositif pèse environ 8 kg). I1 va de soi qu'un dispositif selon l'invention est particulièrement pratique à utiliser puisque le microprocesseur effectue la plupart des étapes de mesure. L'utilisateur n'a qu'à appuyer sur un bouton pour voir s'afficher le profil du rail. La figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation de l'architecture du circuit de gestion de capteurs 22 de type capacitif. De préférence, on choisit des capteurs capacitifs car ils permettent de fournir un signal d'amplitude proportionnelle à la distance mesurée. Des mêmes éléments qu'à la figure 2 sont désignés par des mêmes références. Chaque capteur 22 est constitué d'une plaque métallique entourée d'un anneau de garde 22-1 qui est relié à un potentiel de référence. Les plaques 22 sont disposées à proximité du rail 12 à mesurer et parallèles à celui-ci. Chaque plaque 22 est reliée à une borne d'une capacité ajustable C et à l'entrée d'un amplificateur différentiel 28 dont une autre entrée est reliée à l'anneau de garde. Les capacités C sont ajustées une fois pour toutes à la fabrication. Les sorties des amplificateurs 28 sont fournies à un multiplexeur analogique 30 qui aiguille une seule des sorties de ces amplificateurs 28 sur 1 'entrée d'un amplificateur 32. Le multiplexeur 30 est commandé par un microprocesseur 34. La sortie de l'amplificateur 32 est fournie à un démodulateur 36 dont une autre entrée reçoit un signal sinusoidal fourni par un générateur 38. La sortie du démodulateur 36 est fournie à un filtre 40 qui fournit une tension pratiquement continue Vd correspondant à la distance mesurée par le capteur 22 sélectionné par le multiplexeur 30. La tension Vd est appliquée à un modulateur 42 dont une autre entrée reçoit le signal sinusoidal fourni par le générateur 38. Le générateur 38 alimente également les capacités ajustables C.Le rail 12 reçoit la sortie du démodulateur 42, qui est reliée à l'une des cales 26 sur lesquelles est posé le dispositif de mesure. Le principe de mesure d'un capteur capacitif est classique et ne sera pas décrit. Par contre, un aspect de 1 'inven- tion est de regrouper l'amplificateur 32, le démodulateur 36, le générateur 38, le filtre 40 et le modulateur 42 pour l'ensemble des capteurs 22 qui peuvent être en nombre élevé. Ces éléments regroupés étant les plus coûteux dans un système de mesure capacitive, on réalise une importante économie. La sortie Vd du filtre 40 est fournie à un convertisseur analogique/numérique 44 relié à l'unité centrale 34. Le microprocesseur 34 est en outre associée à une mémoire 46 (mémoire morte ROM et mémoire vive RAM), à un clavier 48 et à l'écran 24-1 susmentionné, qui est par exemple un affichage matriciel à cristaux liquides. Pour utiliser le dispositif de mesure selon 1 'inven- tion, un utilisateur appuie sur une touche spécifique du clavier 48. Un programme, stocké en mémoire ROM, est alors exécuté par le microprocesseur 34. Ce programme sélectionne successivement les capteurs 22, relève les valeurs Vd correspondantes fournies par le convertisseur 44, et stocke ces valeurs en mémoire RAM. Ensuite, ou simultanément, les valeurs relevées sont corrigées par des valeurs prémémorisées dans une mémoire non-volatile, par exemple au cours d'une étape d'étalonnage, et affichées de manière adéquate sur l'écran 24-1. Comme on l'a précédemment indiqué, les valeurs mesurées peuvent être affichées dans un système de coordonnées en fonction des positions relatives des capteurs respectifs, ce qui donne directement le profil du rail mesuré. Le microprocesseur 34 peut en outre effectuer de nombreuses operations sur les valeurs mémorisées, par exemple un lissage ou toute autre opération jugée utile. Comme on l'a précédemment indiqué, on mémorise des valeurs d'étalonnage pour chaque capteur. En effet, la distance d à mesurer par chaque capteur s'exprime par d= A Vd + B, où A et B sont des constantes. Un étalonnage consiste donc à mémoriser les valeurs A et B pour chaque capteur. Pour cela, on procède de la manière suivante. On effectue une première phase d'étalonnage avec la règle posée directement sur un plan de référence conducteur. Ce plan peut être une plaque d'acier de planéité précise. De préférence, le plan de référence est un plan d'eau dont la planéité a l'avantage d'être parfaite. I1 est possible, selon l'invention, d'utiliser un plan d'eau comme plan de référence car les capteurs sont sans contact, c'est-à-dire qu'ils ne perturbent pas la surface de l'eau qui reste parfaitement plane. Les cales 26 sont alors posées sur des piliers métalliques qui baignent dans 1 'eau. L'utilisateur sélectionne ensuite, en appuyant sur une touche spécifique, cette première phase d'étalonnage. Le microprocesseur exécute une première série de mesures en mesurant les tensions Vd pour chaque capteur 22, ces tensions Vd correspondant à des distances d supposées nulles. On effectue ensuite une deuxième phase d'étalonnage qui consiste à poser la règle sur le plan de référence en interposant des cales de référence de hauteur connue entre le plan de référence et les cales 26. L'utilisateur sélectionne la deuxième phase d'étalonnage qui consiste à effectuer une deuxième série de mesures en mémorisant les tensions Vd, qui correspondent alors à des distances d égales à la hauteur des cales de référence. On dispose ainsi, pour chaque capteur, d'un système d'équations à deux inconnues dont les inconnues sont les coefficients A et B. A la fin de la deuxième phase d'étalonnage, le microprocesseur calcule et mémorise les coefficients A et B pour chaque capteur. La réalisation des programmes permettant d'effectuer les diverses opérations décrites ci-dessus est à la portée de tout programmeur. La figure 4 représente un mode de réalisation d'un ensemble de capteurs 22. Ces capteurs sont réalisés sur une face d'un circuit imprimé rectangulaire 50. Les capteurs 22 sont formés en gravant dans la couche de cuivre de 1 'une des faces du circuit imprimé des anneaux dont les zones internes constituent les capteurs 22. La surface de cuivre restante constitue l'ensemble des anneaux de garde 22-1. La figure 5 représente un mode de réalisation d'une règle de mesure selon l'invention, c' est-à-dire la pièce servant de support au capteur 22. Cette règle est formée d'un profilé comprenant une partie 20-0 à section en "U" renversé. Un ou plusieurs circuits imprimés 50 du type de la figure 4 sont glissés dans des rainures internes 20-1 des flancs de la partie en U, à proximité de la partie inférieure. Comme cela est représenté, l'un des flancs de chaque rainure 20-1 est horizontal et sert de surface de référence et d'appui au circuit imprimé 50. L'autre flanc des rainures 20-1 est incliné de manière que le circuit imprimé 50 soit appuyé sur les deux flancs des rainures sans toutefois atteindre les fonds des rainures. Des vis 52, réparties sur la longueur de la règle, traversent l'un des flancs de la partie en U et se vissent dans l'autre flanc. En serrant ces vis 52, les deux flancs de la partie en U se rap prochent et viennent coincer le circuit imprimé 50 dans les rainures 20-1, les flancs inclinés de ces rainures venant plaquer le circuit imprimé 50 sur le plan de référence constitué par les flancs droits des rainures. Comme cela est représenté, pour augmenter davantage la rigidité à la flexion de la règle 20, celle-ci comprend une partie ascendante 20-2 de manière que la règle ait une section en "h". Cette partie ascendante peut avoir une extrémité repliée, comme cela est représenté, qui sert à fixer des éléments tels que des circuits imprimés. Le circuit imprimé 50 est muni, sur sa face interne, de composants montés en surface 54, comme par exemple les amplificateurs 28 et les capacités C de la figure 3. Pour effectuer des mesures de rectitude de rail, il convient de choisir une règle d'environ un mètre de long. Etant donné qu'il est dif fi- cile de réaliser des circuits imprimés d'une telle dimension, le circuit imprimé 50 est subdivisé en, par exemple, cinq circuits imprimés de 20 cm de long. Chaque circuit imprimé 50 est muni d'un connecteur monté en surface permettant de relier les sorties des amplificateurs 28 et la liaison commune des capacités C à un circuit imprimé, non représenté, comportant les autres éléments de la figure 3. Les connecteurs des circuits imprimés 50 sont accessibles par des ouvertures 20-3 réalisées dans la partie en U 20-0. Dans une réalisation pratique, on prévoit un écart d'environ 1 cm entre les capteurs, notamment dans la zone centrale destinée à être située au-dessus d'une soudure. Dans les zones extrêmes, un écart de 2 cm entre capteurs suffit. Toutefois, pour simplifier la fabrication, les circuits imprimés 50 seront identiques mais seulement un capteur sur deux sera équipé de ses composants montés en surface au niveau des zones extrêmes de la règle. On pourra bien entendu choisir un écart inférieur à 1 cm. La figure 6 représente une vue en perspective extérieure d'un mode de réalisation du dispositif de mesure de rectitude selon l'invention. Le boîtier 24 de ce dispositif est de forme généralement parallélépipédique allongée. Des poignées 62 sont prévues dans trois évidements latéraux du boîtier 24, un évidement se trouvant au niveau de la partie centrale et les deux autres aux parties extrêmes. L'écran 24-1 susmentionné est disposé entre un évidement extrême et l'évidement central, et le clavier 48 est disposé entre 1 'évidement central et 1' autre évidement extrême. Chaque extrémité du dispositif est munie d'un bloc de fixation 64 amovible comprenant un système de montage rapide sur un rail ou autre profilé. La figure 7 représente une vue en coupe du dispositif au niveau de 1 'une de ses poignées 62. Des mêmes références que dans les figures précédentes désignent des mêmes éléments. Le boîtier 24 a une section en "U" renversé obturé à sa partie inférieure par une plaque 65. La règle 20 est fixée par sa partie la plus longue sur un flanc du boîtier 60, du côté opposé à la poignée 62. Les cales d'appui 26, dont une seule est visible à la figure 7, sont fixées au niveau des extrémités respectives de la règle 20. Les cales 26 sont en appui sur un rail 12 et sont isolées électriquement du reste du dispositif car 1 'une d'elles ou les deux, comme on l'a précédemment mentionné, transmettent au rail 12 un signal électrique servant à effectuer les mesures de distancie. Comme cela est représenté, le bloc 64 comprend, en dessous de la règle 20, un logement pour le rail 12 muni de mâchoires 66. Ces mâchoires 66 permettent, à l'aide d'une commande mécanique ou hydraulique, non représentée, de serrer le rail 12 pour fixer le dispositif sur le rail tout en centrant la règle 20 sur l'axe du rail afin d'effectuer une mesure à l'endroit adéquat. Comme on l'a précédemment indiqué, les blocs 64 sont amovibles. En actionnant une commande mécanique, le boîtier 24 du dispositif de mesure peut être désolidarisé des blocs 64 qui restent fixés sur le rail. Cette possibilité est prévue pour que l'on puisse repositionner le boîtier 24 selon la représentation en pointillés pour effectuer une mesure de rectitude du flanc du rail 12. A cet effet, 1 'extrémité du boîtier 24 comprend une rainure 24-2 prévue pour glisser sur un ergot 64-1 du bloc 64 et maintenir le boîtier 24 à une position adéquate. Le dispositif de mesure de rectitude selon la présente invention a été décrit dans le cadre de la mesure de rectitude de rails. Bien entendu, l'invention s'applique à la mesure de rectitude de tout objet conducteur, même en un matériau mauvais conducteur, tel que de l'eau, du graphite... REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de rectitude d'un objet conducteur (12), caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de capteurs de distance (22) sans contact alignés selon un axe d'une règle (20) à poser sur l'objet, et des moyens de communi- cation (24-1) des mesures fournies par chaque capteur. 2. Dispositif de mesure de rectitude selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs (22) sont des capteurs capacitifs, la règle (20) comportant à chaque extrémité une cale (26) à poser sur l'objet (12), l'une au moins de ces cales étant conductrice et fournissant à l'objet un signal électrique nécessaire au fonctionnement des capteurs capacitifs. 3. Dispositif de mesure de rectitude selon la revendication 2, caractérisé en ce que les capteurs capacitifs (22) sont réalisés sur des circuits imprimés rectangulaires (50) comportant sur une face opposée à celle où sont réalisés les capteurs des circuits électroniques à montage en surface (54) destinés à exploiter les signaux des capteurs. 4. Dispositif de mesure de rectitude selon la revendication 1, caractérisé en ce qui il comprend des moyens (24-1) pour afficher dans un système de coordonnées les amplitudes des mesures fournies par les capteurs (22) en fonction des positions respectives des capteurs. 5. Dispositif de mesure de rectitude selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit objet est un rail (12). 6. Dispositif de mesure de rectitude selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque extremité de la règle (20) est fixée de façon amovible à un bloc (64) qui comprend des mâchoires (66) destinées à serrer le rail (12) tout en alignant l'axe des capteurs (22) sur l'axe du rail, des moyens (24-2, 64-1) étant en outre prévus pour, une fois que les blocs (64) sont fixés sur le rail, repositionner la règle latéralement de manière à pouvoir mesurer la rectitude d'un flanc du rail à une position prédéterminée. 7. Dispositif de mesure de rectitude selon la revendication 3, caractérisé en ce que les capteurs capacitifs (22) sont formés par la partie centrale d'anneaux alignés gravés sur une couche de cuivre des circuits imprimés (50), le cuivre restant à 1 'extérieur des anneaux jouant le rôle d' anneaux de garde (22-1). 9. Dispositif de mesure de rectitude selon la revendication 3, caractérisé en ce que les circuits imprimés (50) sont maintenus dans deux rainures (20-1) opposées internes d'une partie en "U" de la règle (20), l'un des flancs de chaque rainure étant droit et servant d'appui aux circuits imprimés et 1 'autre des flancs de chaque rainure étant incliné de manière à entrer en contact avec le circuit imprimé sans que celui-ci atteigne le fond de la rainure, des moyens de serrage (52) étant prévus pour rapprocher les deux flancs de la partie en "U".