Brevet FR2724452A1 — publié le 19960315

PROCEDE ET BANC D'ETALONNAGE DE MICROMETRES D'INTERIEUR La présente invention a pour objet des procédés et bancs d'étalonnage d'appareil de mesure du diamètre intérieur des alésages traversant une pièce mécanique, appelés communément et dans tout le texte suivant des micromètres d'intérieur. Le secteur technique de l'invention est le domaine de la fabrication des appareils de mesure à très grande précision. L'application de l'invention est la réalisation d'un banc d'étalonnage pour les micromètres d'intérieur à deux touches dits également "jauges micrométriques" et à trois touches dits également "alésomètres". qui sont très utilisés dans les industries mécaniques pour le contrôle d'alésage, de 3 à 4 millimètres de diamètre intérieur jusqu'à 300 millimètres pour les appareils à trois touches et plus pour les appareils à deux touches suivant les rallonges utilisées. On rappelle que de tels micromètres ou alésomètres ou jauges micrométriques sont constitués donc de deux ou trois palpeurs disposés dans un même plan à 1800 ou 1200 respectivement les uns des autres et se déplaçant chacun dans une douille solidaire d'un support commun pour les alésomètres, leur déplacement radial à partir de l'axe central est provoqué par l'effet d'un cône situé à l'extrémité d'une vis mobile perpendiculairement par rapport au plan des palpeurs dans un guide solidaire dudit support commun et suivant ledit axe central cette vis est manoeuvrée par une molette permettant à l'opérateur de déplacer ainsi lesdits palpeurs puisqu'au contact de la surface intérieure de l'alésage à mesurer dans lequel l'instrument a été inséré et d'appliquer alors un effort normalement prédéterminé ; on peut ainsi effectuer la mesure directe du diamètre, grâce à toutes graduations préalablement étalonnées et dont un index est solidaire du support commun de l'instrument ; la graduation étant, soit directement de lecture optique sur l'axe de ladite vis de manoeuvre, soit repérée par tout capteur de déplacement permettant un affichage de la valeur de la mesure.Pour les jauges micrométriques à deux touches, le déplacement est effectué par une vis micrométrique dans l'axe des deux touches. Diverses demandes de brevets ont été déposées pour couvrir certaines réalisations particulières de tels instruments, telle que la demande de brevet FR 2496254 publiée le 18 juin 1982 et intitulée "jauge micrométrique d'alésage à trois palpeurs et tête interchangeable", celle FR 2680238 publiée le 12 février 1993 sur un micromètre numérique, ou celle EP 236371 publiée le 16 septembre 1987 sous priorité d'une demande de brevet suisse d'un micromètre à affichage numérique. Des normes spécifiques sont définies dans de nombreux pays pour déterminer les méthodes de vérification périodique de ces instruments et les spécifications métrologiques qu'ils doivent respecter : en France, la méthode d'étalonnage des micromètres à deux touches est décrite dans la norme NF E 11-098 et consiste à mesurer, soit leurs déplacements sur un banc d'étalonnage universel, soit directement des diamètres de bagues lisses étalons en au moins six points de leur gamme de mesure ; la méthode d'étalonnage des micromètres à trois touches est décrite dans la norme NF E 11-099 et consiste à mesurer des diamètres de bagues lisses étalons en cinq points de l'étendue de mesure. Compte tenu des étendues de mesure de ces instruments dont les portées minimales et maximales sont variables d'un constructeur & BR Or, il existe des bancs de mesure spécifiques pour des mesures de diamètre extérieur d'objets, d'appareils ou de matériel pouvant s inscrire dans une forme cylindrique extérieure, comportant au moins une règle fixe ou deux disposées alors en "V" à 60e l'une de l'autre, contre laquelle ou lesquelles s'appuie ledit matériel suivant un axe orienté donné et une autre règle mobile que l'on vient appuyer de l'autre côté de ce matériel et suivant le même axe orienté, soit parallèlement à ladite règle fixe, soit à 60 par rapport aux deux dites règles fixes disposées en "V" symétriquement par rapport audit axe orienté et formant alors avec la règle mobile un triangle équilatéral enserrant le cylindre sur trois côtés : une mesure directe du déplacement de cette règle mobile par rapport à une référence donnée, soit suivant une graduation visible, soit par un capteur optique par exemple, permet alors d'en déduire le diamètre de la forme cylindrique extérieure dans laquelle s inscrit ledit matériel. De tels dispositifs pourraient être utilisés alors également pour contrôler les relevés de mesure d'un micromètre placé comme ledit matériel entre lesdites règles, mais - d'une part, cela nécessite d'avoir quand même des cylindres étalons de référence pour chaque type de micromètre et pour chacun des cinq ou six points de la plage de mesure de celui-ci, tels que l'on doit les contrôler suivant les normes indiquées précédemment, à moins de disposer de cales étalons pour passer d'une position à l'autre, mais l'opération de mise en place de celles-ci est alors très délicate, voire impossible et fait perdre beaucoup de précision de toute façon - d'autre part, il n'y a alors, ni mesure de distance précise possible, ni mesure de l'effort appliqué sur les palpeurs, ce qui est pourtant nécessaire pour avoir des résultats reproductibles et fiables des mesures : en effet, l'effort applicable par un micromètre lors de son utilisation tel que définie en introduction est de 10 à 30 Newtons, alors que celui acceptable pour un capteur de distance est en général limité à 1 Newton. Comme on ne peut faire alors la mesure qu'en respectant cette dernière valeur, le résultat obtenu sera différent de celui que 1 'on relève ensuite pour une valeur normalement identique de diamètre lors de l'utilisation du micromètre ainsi "étalonné" : en effet, sa mesure étant alors relevée avec sa valeur propre d'effort qui est alors bien supérieure à celle qui lui a été appliquée pour l'étalonner, ne tiendra pas compte du même rattrapage de jeu et de déformation mécanique, et sera donc erronée. On ne peut pas ainsi à ce jour obtenir une précision d'étalonnage telle que définie ci-après. L'objectif de la présente invention est donc, à partir d'un banc de mesure réalisé suivant le principe ci-dessus, à règles fixes et mobile, d'éviter au moins les deux inconvénients ci-dessus, afin de disposer d'un véritable banc d'étalonnage avec une résolution de 0,1 micromètre et une incertitude globale de mesure dans des conditions de métrologie industrielle meilleure que plus ou moins 3 micromètres cela n'est possible qu'en réalisant l'étalonnage desdits instruments sous un effort donné connu correspondant à celui de 1 'instrument lors des mesures effectuées avec lui et, avec simultanément à l'application dudit effort, une mesure de distance et/ou de déplacement du palpeur venant en contact avec un de ceux dudit micromètre, et qui soit fiable et précis, afin d'en déduire les mesures effectives obtenues 9 différentes positions du micromètre avec la précision voulue déterminant ainsi l'étalonnage recherché, Un autre objectif de l'invention est de réduire au mieux le nombre de cylindres étalons de référence permettant d'initialiser ledit banc d'étalonnage avant d'y placer les micromètres à étalonner eux-mêmes. De tels objectifs sont atteints suivant un procédé d'étalonnage de micromètres d'intérieur à l'aide d'un banc de mesure comprenant un bâti support rigide, au moins une règle fixe de référence positionnée par rapport à celui-ci et contre laquelle on appuie, suivant un axe orienté XX'donné le micromètre à étalonner, et un palpeur mobile dont la position est repérée suivant ce même axe XX' et que l'on appuie contre ledit micromètre pour en déduire le diamètre de celui-ci suivant l'invention, on maintient libres et mobiles ledit micromètre et ledit palpeur avec chacun un seul degré de liberté de déplacement en translation suivant 1' axe XX' ; on applique au support dudit palpeur une force donnée F suivant le même axe orienté XX' qui assure l'appui, à la fois du capteur contre ledit micromètre, et de ce dernier contre au moins ladite règle ; on repère et on détermine la position dudit palpeur par un capteur de déplacement solidaire d'un support fixe situé à un point de référence donné de l'axe XX' par rapport à ladite règle fixe. Un autre objectif de l'invention est atteint suivant le procédé ci-dessus, dans lequel en plus, on choisit un capteur de déplacement couvrant au moins la totalité de la plage de mesure du micromètre et on fixe son support à un point de référence tel qu'on puisse contrôler n'importe quel point de cette plage de mesure par ledit capteur sans en déplacer le support ; on effectue plusieurs mesures d'étalonnage en différents points de ladite gamme de mesure du micromètre å partir de ce même point de référence initial du support du capteur de déplacement. Suivant l'invention, préalablement à la mise en place du micromètre à étalonner dans ledit banc de mesure, on positionne et on maintient en son emplacement et dans les mêmes conditions, un cylindre étalon de référence ayant un diamètre extérieur égal à une valeur d'un point de la plage de mesure dudit micromètre ; on initialise la mesure de référence de base du capteur par la valeur relevée par celui-ci avec ledit cylindre étalon. Grâce aux procédés définis ci-dessus, et suivant un mode particulier de réalisation de l'invention, tel que le dispositif décrit dans les Figures jointes, le capteur de déplacement permettant le repérage et la détermination exacte de la position du palpeur, peut être un capteur incrémental à 0,1 micromètre de 60 millimétres de course ; il permet alors de couvrir l'ensemble des microrètres existant à ce jour, pour mesurer des diamètres de 3,5 à 320 millimètres avec un jeu de seulement quatre à neuf tampons ou cylindres étalons raccordés, quatre pour initialiser le capteur et assurer le raccordement aux étalons nationaux et neufs si l'utilisateur souhaite maîtriser l'étalonnage périodique et l'initialisation de son banc : ce nombre de tampons ou cylindres est donc bien sûr très inférieur aux 150 normalement nécessaires pour respecter par exemple les normes françaises avec les appareils d'étalonnage connus à ce jour. Suivant la présente invention, deux techniques sont applicables pour déterminer la force F d'appui à appliquer aux palpeurs pendant 1'étalonnage du micromètre, et cela préalablement auxdites mesures d'étalonnage de celui-ci dans ledit banc de mesure : pour obtenir la fiabilité de mesure de ces micromètres, on doit en effet choisir et donc déterminer l'effort que celui-ci peut transmettre quand il est en appui lui-même contre une paroi lors de sa mise en oeuvre ; ainsi - soit on détermine cet effort à priori comme étant une donnée fixe connue de l'appareil d'après son fabricant par exemple, mais cette méthode n'est cependant pas bien sûr la plus fiable - soit d'une manière préférentielle suivant l'invention, on détermine l'effort propre du micromètre avec le même banc de mesure que celui permettant ensuite son étalonnage, en disposant ce micromètre et ce banc de mesure comme pour les mesures d'étalonnage suivant le procédé défini ci-dessus ; on dispose alors un capteur d'effort sur le même support fixe que le capteur de déplacement, et apte à mesurer l'effort transmis au palpeur par ledit micrométre, que l'on manoeuvre alors pour cela comme pour effectuer une mesure, aucune autre force extérieure n'étant appliquée audit palpeur. Cette détermination est d'autant plus nécessaire pour un instrument qui serait par exemple un peu rouillé ou difficile à manoeuvrer sans un effort important, ce qui peut risquer de déformer, d'une part, les pièces du micromètre lui-même, et d'autre part, de marquer l'intérieur des alésages, car on ne sait pas alors quand on vient en appui dans celui-ci : la deuxième technique de détermination réelle de la force F telle que définie ci-dessus permet de plus un tel contrôle préalable. Le résultat est de nouveaux procédés et bancs d'étalonnage de micromètres d'intérieur, satisfaisant aux objectifs définis précédemment sans avoir les inconvénients des dispositifs actuels : en effet, la présente invention permet de simuler en fait des bagues de référence étalons, dans toute plage de mesure voulue, avec une génération d'un effort de mesure adapté à l'instrument que l'on veut étalonner, dans une fourchette par exemple de 10 à 40 Newtons, laquelle génération d'effort étant indépendante et séparée de la chaîne de mesure comprenant le capteur de déplacement à partir duquel le diamètre obtenu par ledit micromètre dans la position choisie, est alors mesurable avec la précision voulue. On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention, mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en prouver la nouveauté et l'intérêt. La description et les Figures ci-après représentent un exemple de réalisation de l'invention mais n'ont aucun caractère limitatif d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de l'invention, en particulier en n'utilisant qu'une seule règle fixe de référence pour étalonner des micromètres à deux touches, en utilisant des systèmes de génération d'effort différents, etc... La Figure 1 représente une vue de dessus et en coupe partielle suivant AA', de la Figure 2 d'un banc d'étalonnage suivant l'invention La Figure 2 représente une vue de côté et en coupe partielle suivant BB' de la Figure 1 du banc d'étalonnage qui y est représenté. Le banc d'étalonnage ou de mesure 1 comprend un b & i support rigide 4, qui peut être une plaque de granit supportée par des pieds 23 réglables, afin de maintenir sa surface dans un plan horizontal et au moins une règle fixe 2 de référence, positionnée par rapport a ce bâti d'une manière fixe : dans le présent exemple représenté sur les Figures 1 ou 2 pour 1' étalonnage des micromètres à trois touches, deux règles 2.1 et 2.2 sont disposées en "V" à 60 l'une de l'autre et symétriquement par rapport à l'axe orienté XX' dudit banc d'étalonnage et le long duquel les mesures sont effectuées ; dans le cas d'étalonnage de micromètres à deux touches, les deux dites règles 2.1 et 2.2 sont remplacées par une seule disposée fixe perpendiculairement à ce même axe orienté XX'. Lesdites règles comportent des parties 24 détachables, portant les surfaces de référence 3 intérieures contre lesquelles s'appuient les instruments ou appareils 5 à étalonner, ou les bagues étalons 5'. Un palpeur 6, constitué d'une pièce d'appui, venant en contact avec un des palpeurs du micromètre 5 ou contre la surface extérieure d'un cylindre étalon 5' est fixé sur un support 7 mobile, positionné et repéré par un capteur de déplacement 8, suivant le même axe XX', grâce par exemple à un rail 25 portant également un support 11 du micromètre 5 ou cylindre étalon 5', maintenant ainsi libres et mobiles celui-ci ainsi que ledit palpeur 6 suivant un seul degré de liberté de déplacement en translation suivant cet axe XX'. Ce capteur de déplacement 8 dudit palpeur 6 est solidaire d'un support fixe 9 situé à un point de référence donné de l'axe XX' par rapport auxdites règles 2, ledit capteur de déplacement 8 pouvant être un comparateur optoélectronique mesurant la course d'une tige 26 venant en appui suivant un faible effort de maintien de l'ordre d'l Newton par exemple, contre et derrière ladite pièce d'appui 6 constituant ledit palpeur, et à travers le support 7 de celui-ci. L'étendue de mesure dudit capteur de déplacement 8 couvre au moins l'ensemble de la plage de mesure de tout micromètre 5 à étalonner, qui est en fait au maximum de l'ordre de 25 millimètres pour les micromètres les plus courants, soit donc un capteur de déplacement qui, pour obtenir de préférence une étendue de mesure de 40 millimètres en diamètre, doit alors avoir lui-même une étendue propre de mesure de 60 millimètres : le support 9 dudit capteur 8 est positionné en un point de référence fixe de l'axe XX' repéré avec précision par rapport aux règles fixes 2 le long de cet axe XX' ; il est fixé pour cela par tout moyen 27 de blocage, par exemple le long d'une règle graduée latérale. Ledit capteur de déplacement 8 peut être relié par toute liaison 10 compatible à un poste de traitement informatique dans lequel un logiciel adapté permet l'acquisition et le traitement des mesures relevees, en conformité par exemple avec les normes en vigueur, le calcul de l'incertitude d'étalonnage, l'archivage des mesures sur disque dur ou disquette, le calcul automatique de la classe des instruments ainsi étalonnés par rapport aux normes et l'édition d'un document d'étalonnage, ainsi que la gestion des documents par fiche de vie avec le suivi des différents étalonnages successifs et leur surveillance ; de plus, l'utilisateur peut avoir alors à l'écran, en temps réel et en permanence, la position du palpeur 6 ramené en diamètre du micromètre 5, tenant compte de 1 'étalonnage effectué précédemment avec les tampons ou cylindres étalons. Suivant l'invention, le banc d'étalonnage 1 comporte des moyens d'application d'une force F donnée et voulue et telle que définie précédemment, au support 7 dudit palpeur 6 suivant l'axe orienté XX' ces moyens comportent dans l'exemple de réalisation représenté au moins une courroie crantée 12 sans fin, enroulée autour de deux poulies de renvoi 13, 14 situées et fixées au deux extrémités du bâti 4, dont l'une 13 est montée folle et libre et l'autre 14 est soumise & BR F ; cette courroie est fixée par ailleurs au seul support 7 dudit palpeur 6 qu'elle entraîne ainsi dans la direction de l'axe orienté XX' et passe sans gêne à travers le support 9 du capteur 8, le support 11 du micromètre 5 et des règles 2, soit de préférence au-dessus du rail 25 : ladite courroie n'est pas représentée sur la Figure 1 en vue de dessus pour ne pas surcharger celle-ci. Ledit couple d'entraînement constant appliqué à la poulie 14 d'application de l'effort voulu F sur ladite courroie crantée 12 peut être réalisé par un contrepoids 17 mobile verticalement le long de deux guides fixes par exemple : ledit contrepoids 17 est relié et la maintient ainsi en tension constante, à une extrémité d'un lien de transmission 18 dont l'autre extrémité est fixée à la périphérie d'une poulie de charge 16, montée sur le même axe 15 que la poulie 14 qu'elle tend alors à entraîner. La valeur du poids P dudit contrepoids 17 est réglable pour obtenir la force F donnée en rajoutant ou en levant certains de ses éléments. Ledit lien de transmission 18, depuis la poulie de charge 16, est guidé par une poulie 22 de renvoi assurant la verticalité de la retenue du contrepoids 17 ; l'autre extrémité du lien 18 est fixée en un point 21 d'une gorge périphérique de la poulie 16 avec une longueur suffisante pour permettre la rotation de celle-ci. Cette poulie 16 est montée libre sur 1' axe commun 15 pour permettre son réglage de position et est bloquée et rendue solidaire par rapport à un disque 20 lui-même solidaire de la poulie 14, grâce à des orifices ménagés dans celui-ci et dans l'un desquels vient se loger l'extrémité d'un ergot manoeuvrable par une poignée 19 de maintien : ces différentes positions de blocage relatif des poulies 16 et 14 permet à la fois d'ajuster la position du support 7 du palpeur 6 en fonction du diamètre du micromètre à étalonner, et celle de l'extrémité du lien 18 au contrepoids 17 en fonction de la hauteur de celui-ci. REVENDICATIONS 1. Procédé d'étalonnage de micromètres d'intérieur à l'aide d'un banc de mesure (1) comprenant un bâti support rigide (4), au moins une règle fixe (2) de référence positionnée par rapport à celuici et contre laquelle on appuie, suivant un axe orienté XX'donné le micromètre (5) à étalonner, et un palpeur (6) mobile dont la position est repérée suivant ce même axe XX' et que l'on appuie contre ledit micromètre (5) pour en déduire le diamètre de celui-ci, caractérisé en ce que - on maintient libres et mobiles ledit micromètre (5) et ledit palpeur (6) avec chacun un seul degré é de liberté de déplacement en translation suivant l'axe XX'. - on applique au support (7) dudit palpeur (6) une force donnée F suivant le même axe orienté XX' qui assure 1' appui, à la fois de celui-ci contre ledit micromètre (5), et de ce dernier contre au moins ladite règle (2). - on repère et on détermine la position dudit palpeur (6) par un capteur de déplacement (8) solidaire d'un support fixe (9) situé à un point de référence donné de l'axe XX' par rapport à ladite règle (2). 2. Procédé d'étalonnage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que - on choisit un capteur de déplacement (8) couvrant au moins la totalité de la plage de mesure du micromètre (5) et on fixe son support (9) à un point de référence tel qu'on puisse contrôler n'importe quel point de cette plage de mesure par ledit capteur (8) sans en déplacer le support (9). - on effectue plusieurs mesures d'étalonnage en différents points de ladite plage de mesure du micromètre (5) à partir de ce même point de référence initial du support (9) du capteur de déplacement (8). 3. Procédé d'étalonnage suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que - préalablement à la mise en place du micromètre (5) dans ledit banc de mesure (1), on positionne et on maintient en son emplacement et dans les mêmes conditions, un cylindre (5') étalon de référence ayant un diamètre extérieur égal à une valeur d'un point de la plage de mesure dudit micromètre (5). - on initialise la mesure de référence de base du capteur (8) par la valeur relevée par celui-ci avec ledit cylindre étalon (5'). 4. Procédé d'étalonnage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que - préalablement aux mesures d'étalonnage du micromètre (5) dans ledit banc de mesure (1), on détermine l'effort que celui-ci peut transmettre quand il vient en appui contre une paroi lors de sa mise en oeuvre. - on applique ce même effort comme force F d'appui du palpeur (6) pendant l'étalonnage du micromètre (5). 5. Procédé d'étalonnage suivant la revendication 4, caractérisé en ce que - on détermine l'effort propre du micromètre (5) avec ledit banc de mesure (1) en disposant ceux-ci comme pour les mesures d'étalonnage - on dispose un capteur d'effort sur le même support fixe (9) que le capteur de déplacement (8), et apte à mesurer l'effort transmis au palpeur (6) par ledit micromètre (5) que l'on manoeuvre alors pour cela comme pour effectuer une mesure, aucune autre force extérieure n 'étant appliquée audit palpeur (6). 6. Banc d'étalonnage de micromètres d'intérieur constitué d'un banc de mesure (1) comprenant un bâti support rigide (4), au moins une règle fixe (2) de référence à positionner par rapport à celui-ci, et contre la surface de référence intérieure (3) de laquelle peut venir s'appuyer suivant un axe orienté XX' donné le micromètre (5) å étalonner, et un palpeur (6) mobile dont la position est repérée suivant ce même axe XX' et qui vient s'appuyer contre ledit micromètre (5), caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens (11, 25) de maintien dudit micromètre (5) et dudit palpeur (6), libres et mobiles suivant un seul degré de liberté de déplacement en translation suivant l'axe XX'. - un capteur de déplacement (8) dudit palpeur (6), lequel capteur est solidaire d'un support fixe (9) situé à un point de référence donné de l'axe XX' par rapport à ladite règle (2). - des moyens d'application (12, 17), au support (7) dudit palpeur (6), d'une force donnée F suivant le même axe XX' orienté. 7. Banc d'étalonnage suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le support (9) dudit capteur de déplacement (8) est positionné à un point de référence fixe de l'axe XX', à partir duquel ledit capteur (8) couvre l'ensemble de la plage de mesure du micromètre (5) et son support (9) est positionné à un point de référence de l'axe XX', à partir duquel ledit capteur (8) peut contrôler l'ensemble de ladite gamme de mesure du micromètre (5). 8. Banc d'étalonnage suivant l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit capteur de déplacement (8) est un comparateur optoélectronique mesurant la course d'une tige (26) venant en appui suivant un faible effort de maintien contre et derrière une pièce d'appui (6) constituant ledit palpeur. 9. Banc d'étalonnage suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'application de la force F sur ledit palpeur (6) comporte au moins une courroie crantée (11) sans fin enroulée autour de deux poulies de renvoi (13, 14) fixées sur le bâti (4), et à laquelle est fixé le seul support (7) dudit palpeur (6), l'une des poulies de renvoi (14) étant soumise à un couple d'entraînement constant donné. 10. Banc d'étalonnage suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un contrepoids (17) mobile verticalement, relié et la maintenant en tension constante à une extrémité d'un lien de transmission (18) dont l'autre extrémité tend à entrainer ladite poulie (14).