Brevet FR2740546A1 — publié le 19970430

La présente invention concerne un dispositif de mesure tridimensionnelle destiné en particulier, mais non exclusivement, au repérage de différents points d'un véhicule automobile accidenté. Lorsqu'un véhicule automobile est accidenté, il est parfois nécessaire d'effectuer le contrôle de sa géométrie en repérant des points prédéterminés de sa carrosserie au moyen d'un dispositif de mesure tridimensionnelle associé à un bâti de référence, plus communément appelé "marbre". Cette opération de "passage au marbre" permet de conclure, soit à la remise en circulation du véhicule, éventuellement après un redressement des parties déformées, soit à sa mise hors circulation. Actuellement, les dispositifs de mesure tridimensionnelle utilisés pour ce type de contrôle géométrique sont, soit rudimentaires et très imprécis, soit lourds et encombrants et par suite chers et peu souples d'utilisation. Or, étant donné l'évolution de la structure des véhicules (qui sont aujourd'hui le plus souvent monocoques) et l'augmentation des coûts de réparation, on souhaite réaliser des mesures plus précises et plus complexes (notamment en repérant des points à l'intérieur du véhicule). I1 est donc apparu utile de concevoir un dispositif de mesure tridimensionnelle qui soit d'utilisation extrêmement souple et simple à mettre en oeuvre et dont le coût de fabrication reste faible. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de mesure tridimensionnelle comportant un équipage mobile formé d'un chariot comprenant des moyens pour son montage à coulissement sur un rail fixe définissant un axe de coulissement, d'une tourelle montée sur le chariot pour pivoter autour d'un premier axe de pivotement essentiellement orthogonal à l'axe de coulissement du chariot, et d'un bras de mesure monté sur la tourelle pour pivoter autour d'un second axe de pivotement essentiellement orthogonal au premier axe de pivotement, ce bras étant équipé à son extrémité libre d'un palpeur, les déplacements selon les trois axes précités étant repérés par trois codeurs associés.Selon l'invention, les moyens de montage à coulissement du chariot sur le rail sont agencés pour permettre un démontage rapide du chariot quelle que soit la position de ce chariot sur le rail, et les trois codeurs sont montés sur la tourelle. I1 est ainsi extrêmement aisé de monter ou démonter l'équipage mobile sur son rail. Différents rails étant disposés autour et/ou à l'extérieur et/ou à l'intérieur du véhicule, on peut maintenant utiliser un équipage mobile unique placé sur tel ou tel rail en fonction du type de mesure à effectuer. Ce dispositif permet donc deffec- tuer des mesures variées et complexes, sans pour autant présenter un coût de fabrication élevé puisqu'il utilise un équipage mobile unique de structure simple, les rails étant de fabrication courante et peu coûteuse.De plus, les trois codeurs sont montés fixes sur la tourelle et donc fixes les uns par rapport aux autres, ce qui évite tout problème de connexion entre des éléments mobiles les uns par rapport aux autres et permet de relier l'équipage mobile à une unité électronique d'acquisition et de traitement au moyen d'un câble unique partant de la tourelle. Selon une première caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens de montage à coulissement du chariot sur le rail fixe comportent au moins trois galets non alignés, l'un au moins desdits galets possédant un axe de rotation monté mobile sur le chariot pour permettre un déplacement de ce galet dans une direction qui est transversale à l'axe de coulissement dudit chariot. Avantageusement alors, le galet dont l'axe de rotation est mobile est monté sur un support qui est luimême monté sur le chariot pour pivoter autour d'un axe excentré par rapport à l'axe de rotation de ce galet pour permettre un accouplement ou un désaccouplement rapide du chariot sur le rail. Le support pivotant du galet peut être équipé d'un levier de manoeuvre, et ce support est de préférence rappelé par un organe de rappel élastique vers sa position d'accouplement. Avantageusement encore, les galets coopèrent avec des profilés solidaires du rail fixe et présentant des surfaces extérieures cylindriques. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les codeurs associés au pivotement de la tourelle et au coulissement du chariot sont disposés coaxialement l'un à l'autre suivant l'axe de pivotement de la tourelle. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le codeur repérant le coulissement du chariot est relié à un organe tournant agencé pour coopérer avec le rail fixe. De préférence alors, le codeur associé au coulissement du chariot possède une partie fixe solidaire de la tourelle et une partie tournante solidaire de l'une des extrémités dun organe intermédiaire monté à rotation entre la tourelle et le chariot selon l'axe de pivotement de la tourelle, et dont l'autre extrémité porte l'organe tournant agencé pour coopérer avec le rail fixe. I1 est enfin intéressant de prévoir que l'organe intermédiaire présente un passage central traversé par une tige calée sur l'axe de pivotement de la tourelle, ladite tige reliant le chariot au codeur associé au pivotement de cette tourelle, et que l'organe tournant agencé pour coopérer avec le rail fixe est un pignon engrènant avec une crémaillère solidaire dudit rail. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier et non limitatif, en liaison avec les figures en annexe, parmi lesquelles - la figure 1 est une vue en coupe selon la ligne I-I de la figure 3 d'un dispositif de mesure tridimensionnelle conforme à l'invention - la figure 2 est une vue de détail selon l'enca- dré D de la figure 1 - la figure 3 est une vue de dessus suivant la flèche III de la figure 1. En référence aux figures, le dispositif de mesure tridimensionnelle comporte un équipage mobile 1 monté à coulissement sur un rail fixe 3 rigidement fixé sur un élément de bâti 7 et définissant un axe de coulissement 5. L'équipage mobile 1 comporte un chariot 9 comprenant des moyens pour son montage à coulissement sur le rail 3. En l'espèce, ces moyens sont constitués de trois galets 11, 13, 15 non alignés, montés sur le chariot 9 pour tourner autour d'axes respectifs 17, 19, 21 perpendiculaires à l'axe de coulissement 5. Chacun des galets 11, 13, 15 présente une gorge périphérique conique 23 pour coopérer avec deux profilés cylindriques 25 qui sont fixés sur le rail 3 à l'opposé l'un de l'autre au moyen d'organes de fixation adaptés 27 tels que des cornières encastrables. Les galets 11 et 13 coopèrent avec le même profilé 25, tandis que le galet 15 est disposé pour coopérer avec l'autre profilé 25, de l'autre côté du rail 3. Le galet 15 est monté sur le chariot 9 par l'intermédiaire d'un support 29 qui est lui-même monté sur le chariot 9 pour pivoter autour d'un axe 31 excentré par rapport à l'axe de rotation 21 du galet 15. Le pivotement du support pivotant 29 entraîne donc un déplacement du galet 15 dans une direction qui est transversale à l'axe de coulissement 5 du chariot 9. On opère ainsi, selon le sens de pivotement du support 29, un accouplement ou un désaccouplement rapide du chariot 9 sur le rail 3 concerné. Le support 29 du galet 15 est en outre équipé d'un levier de manoeuvre 33 qui est rappelé en position d'accouplement du galet 15 avec le profilé 25 par un ressort 35. En l'espèce, ce ressort est un simple ressort hélicoidal dont une extrémité est attelée au levier 33 et dont l'autre extrémité est attelée au chariot 9. Mais l'on pourra bien entendu utiliser tout autre type d'organe de rappel élastique agissant sur le levier 33 ou directement sur le support 29, comme par exemple un ressort de torsion disposé selon l'axe de pivotement 31 du support 29. L'équipage mobile 1 comporte également une tourelle 37 montée sur le chariot 9 pour pivoter autour d'un premier axe de pivotement 39 essentiellement orthogonal à l'axe de coulissement 5 du chariot 9. En l'espèce, la tourelle 37 comporte un socle 41 monté à rotation sur le chariot 9, et une paroi latérale 43 fixée au socle 41 et s'détendant à l'opposé du chariot 9 pour définir avec un couvercle 45 fixé à l'extrémité de cette paroi un volume intérieur 47. Pour le montage pivotant du socle 41 sur le chariot 9, une butée à rouleaux 49 est disposée entre le socle 41 de la tourelle 37 et le chariot 9. De plus, un manchon intermédiaire 51 est monté à rotation entre le socle 41 de la tourelle 37 et le chariot 9 selon l'axe de pivotement 39 de la tourelle 37. En l'espèce, ce montage est réalisé au moyen de deux roulements à billes 53, 55 respectivement disposés entre le manchon intermédiaire 51 d'une part et le chariot 9 et le socle 41 de la tourelle 37 d'autre part. On comprend qu'avec ce montage, le chariot 9, la tourelle 37 et le manchon intermédiaire 51 peuvent tourner autour de l'axe 39 indépendamment les uns des autres.En outre, pour annuler tout jeu dans les roulements 53, 55, une entretoise 57 est disposée entre les cages intérieures de ces roulements, et un écrou 59 est vissé sur un filetage d'extrémité du manchon 51 en appui contre la cage intérieure du roulement 55 pour assurer une précontrainte des roulements 53 et 55. Un premier codeur 61 est monté sur le socle 41 de la tourelle 37, à l'intérieur du volume intérieur 47 de cette tourelle pour repérer le coulissement du chariot 9 le long du rail 3, c'est-à-dire pour fournir un signal électrique représentatif de la position du chariot 9 du rail 3. En l'espèce, le codeur 61 comporte une partie fixe 63 solidaire du socle 41 de la tourelle 37 et un disque codeur 65 fixé à l'extrémité libre d'une rallonge tubulaire 67 solidaire en rotation du manchon intermédiaire 51. L'extrémité du manchon 51 opposée au codeur 61 est équipée d'un organe tournant 77 agencé pour coopérer avec le rail 3. En l'espèce, cet organe tournant 77 est un pignon qui engrène avec une crémaillère associée 79 solidaire du rail 3. Le codeur 61 est de type classique disponible dans le commerce et ne sera donc pas décrit dans le détail. La roue codée 65 tourne librement à l'intérieur d'un logement associé 69 de la partie fixe 63 et est traversée par un faisceau lumineux issu d'une source lumineuse 71. Ce faisceau est reçu par un capteur optique 73 relié à une unité de traitement électronique intégrée (non représentée) qui est par ailleurs reliée à un câble d'alimentation et de sortie 75. Cette unité de traitement électronique intégrée interprète le signal issu du capteur 73 pour délivrer un signal électrique représentatif de la position angulaire du disque codeur 65 autour de l'axe 39. Comme ce disque 65 est lié au pignon 77 qui est entraîné en rotation lors du coulissement du chariot 9 sur le rail 3, le signal délivré par le codeur 61 est donc représentatif de la position de chariot 9 sur ce rail. Un second codeur 81 est monté sur le codeur 61, coaxialement à celui-ci, pour repérer le pivotement de la tourelle 37 par rapport au chariot 9, c'est-à-dire pour fournir un signal électrique représentatif de la position angulaire de la tourelle 37 autour de l'axe 39. Le codeur 81 comporte une partie fixe 83 rigidement fixée au centre de la partie fixe 63 du codeur 61, c'est-à-dire selon l'axe 39, et une partie tournante comportant un arbre de sortie 85 relié à un disque codeur intérieur 87 représenté en traits pointillés à la figure 2. L'arbre 85 est solidaire d'une des extrémités d'une tige 91 qui s'étend au travers d'un passage central 93 du manchon intermédiaire 51 et d'un passage central 95 du pignon 77, et cet arbre est calé sur l'axe de pivotement 39 de la tourelle 37.L'extrémité de la tige 91 opposée au codeur 81 débouche à l'extérieur du pignon 77 et est raccordée, par l'intermédiaire d'un bras 97, au chariot 9. Le codeur 81 est également de type classique disponible dans le commerce et de fonctionnement analogue à celui du codeur 61. Une unité de traitement intégrée (non représentée) délivre à un câble d'alimentation et de sortie 89 un signal électrique représentatif de la position angulaire de l'arbre 85 autour de l'axe 39. Comme l'arbre 85 du codeur 81 est attelé au chariot 9, le signal délivré par le codeur 81 est ainsi représentatif de la position angulaire de la tourelle 37 autour de son axe de pivotement 39 par rapport au chariot 9. L'équipage mobile 1 comporte enfin un bras de mesure 99 monté sur un support 101 solidaire du socle 41 de la tourelle 37 pour pivoter autour d'un second axe de pivotement 103 essentiellement orthogonal au premier axe de pivotement 39. La plage de pivotement pourra être de 1800 (900 de part et d'autre de la position médiane représentée à la figure 1), mais dans la pratique, la plage utile sera de l'ordre de 1200 (600 de part et d'autre de la position médiane). La position angulaire du bras 99 autour de l'axe 103 est repérée par un troisième codeur 105 de type courant disponible dans le commerce, analogue au codeur 81 précédemment cité. Le codeur 105 comprend une partie fixe 107 solidaire du support 101 et un disque codeur 109 monté à l'intérieur de la partie fixe 107 pour tourner autour de l'axe 103.Le disque 109 est solidaire en rotation d'une tige 111 d'axe 103 à l'extrémité de laquelle est rigidement fixé le bras 99. Un câble d'alimentation et de sortie 113 est associé au codeur 105. Le bras 99 est équipé à son extrémité libre d'un palpeur 115 ici de forme sphérique. Les trois codeurs 61, 81, 105 sont raccordés, par l'intermédiaire de leur câble d'alimentation et de sortie respectif 75, 89, 113 à une prise centrale de connexion 117 montée fixe dans le couvercle 45 de la tourelle 37. Cette prise 117 est connectée à une prise de raccordement homologue 119 équipant l'extrémité d'un câble unique 121 assurant la liaison électrique de l'équipage mobile 1 à une unité centrale de traitement électronique classique (non représentée). En service, l'équipage mobile 1 est monté sur le rail 3 en faisant pivoter à l'aide du levier 33, le support 29 du galet 15 à l'encontre du ressort de rappel 35 pour permettre la mise en place des galets 11, 13 sur le profilé associé 25. Le galet 15 étant disposé en regard du profilé opposé associé, le levier 33 est relâché pour permettre le pivotement du support 29 sous l'effet du ressort 35, de telle sorte que le galet 15 soit plaqué contre le profilé associé 25. Le chariot 9 et l'ensemble de l'équipage mobile 1 peuvent alors coulisser librement sur le rail 3. Lorsque le chariot 9 se déplace sur le rail 3, le pignon 77 qui engrène avec la crémaillère 79 associée au rail 3, est entraîné en rotation avec le manchon intermédiaire 51 autour de l'axe 39. La rotation du manchon intermédiaire 51 est accompagnée de celle de la rallonge 67 et du disque codeur 65. Le codeur 61 délivre alors par l'intermédiaire du câble 89 un signal électrique représentatif de la position axiale du chariot 9 le long du rail 3. Ce signal est transmis, via le câble 121 à l'unité centrale de traitement électronique. Lorsque la tourelle 37 pivote autour de l'axe 39, la partie fixe 83 du codeur 81 est entraînée avec celle-ci par l'intermédiaire de la partie fixe 63 du codeur 61 dont elle est solidaire. Le disque codeur 87 du codeur 81 est quant à lui maintenu, par l'intermédiaire de la tige 91 et du bras 97, solidairement au chariot 9. I1 s'ensuit que la partie fixe 83 du codeur 81 pivote avec le reste de la tourelle 37 tandis que le disque codeur 87 reste fixe par rapport au chariot 9. Le signal délivré par le codeur 81 est donc représentatif de la position angulaire de la tourelle 37 autour de l'axe 39. Ce signal est transmis, via les câbles 89 et 121 à l'unité centrale de traitement électronique. Lorsque le bras de mesure 99 pivote autour de l'axe 103, le codeur 105, dont le disque codeur 109 est solidaire du bras 99, délivre un signal électrique représentatif de la position angulaire du bras 99 autour de l'axe 103 par rapport à la tourelle 37. Ce signal électrique est transmis, via les câbles 113 et 121, à l'unité centrale de traitement électronique. Lorsque l'on souhaite repérer sur un châssis de véhicule V schématisé en traits mixtes à la figure 1, la position d'un point P matérialisé par un trou T ménagé dans le châssis du véhicule V, on accouple l'équipage mobile 1 sur un rail fixe 3 disposé en rapport avec les mesures à effectuer. On pourra par exemple prévoir une disposition longitudinale (c'est-à-dire parallèlement à l'axe du véhicule) à l'extérieur du véhicule, une disposition transversale au-dessus du moteur du véhicule, et une disposition longitudinale à l'intérieur du véhicule.Le positionnement précis se limite donc aux rails, et il est possible d'effectuer des travaux appropriés (soudage, martelage) en laissant les rails en place, sans risque de détériorer l'équipage mobile avec ses trois codeurs, qui est alors mis en attente à distance (soit en extrémité du rail, soit démonté du rail et en position de rangement). Pour effectuer la mesure, on déplace le chariot 9 sur le rail 3 et l'on fait pivoter d'une part la tourelle 37 autour de l'axe 39 et d'autre part le bras 99 autour de l'axe 103 pour amener le palpeur sphérique 115 en contact avec le pourtour du trou T. Les signaux délivrés par les capteurs 61, 81, 105 sont alors utilisés par l'unité centrale de traitement électronique (non représentée) pour déterminer, selon une méthode de calcul classique qui ne sera pas rappelée ici, la position exacte du point P dans un référentiel fixe par rapport à l'élément de bâti 7. Lorsque l'on souhaite désaccoupler l'équipage mobile 1 du rail 3 pour le ranger ou pour le monter sur un autre rail fixe en vue d'effectuer d'autres séries de mesures, il suffit de faire pivoter le support 29 du galet 15 autour de son axe 31 au moyen du levier 33. Comme l'axe 21 du galet 15 est excentré par rapport à l'axe 31 du support 29, l'axe 21 du galet 15 se déplace transversalement à l'axe 5 du rail 3. Le galet 15 est alors désaccouplé du profilé associé 25, et le chariot 9 peut être aisément dégagé du rail 3 avec l'ensemble d'équipage mobile 1 en faisant pivoter les galets 11 et 13 autour des profilés 25. Le remontage de l'équipage mobile 1 sur un rail tel que 3 s'effectue de la manière expliquée précédemment. La disposition des trois codeurs 61, 81, 105 sur la tourelle de l'équipage mobile permet d'avoir un câble unique de sortie (le câble 121), ce qui est justement compatible avec les opérations d'accouplement ou de désaccouplement rapide de cet équipage mobile sur le rail fixe associé. Cet avantage sera particulièrement sensible pour des mesures effectuées à l'intérieur d'un véhicule. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées plus haut. En particulier, bien qu'il ait été décrit un dispositif de mesure tridimensionnelle dont l'équipage mobile comporte, outre le chariot coulissant et la tourelle pivotante, un bras de mesure simple (c'est-à-dire unidirectionnel) monté pivotant sur la tourelle, il est également possible d'utiliser un bras plus complexe comportant par exemple plusieurs portions successives articulées entre elles. Les positions angulaires respectives de ces différentes portions sont alors repérées par des codeurs associés délivrant des signaux électriques qui sont combinés par l'unité centrale aux signaux électriques issus des codeurs repérant les déplacements de la tourelle et du chariot pour déterminer la position dans l'espace du palpeur disposé en extrémité de ce bras articulé. On pourra aussi prévoir un bras télescopique dont l'allongement sera alors mesuré par un moyen de codage quelconque. Bien qu'il ait été décrit un dispositif dans lequel le chariot coulissant est monté sur son rail au moyen de galets, il est également possible de réaliser un chariot coulissant monté sur son rail au moyen de coussinets ou de tout autre moyen de liaison coulissante permettant un montage/démontage rapide et simple du chariot. De même, bien qu'il ait été décrit des moyens de montage à coulissement du chariot sur son rail comportant un galet monté sur un support pivotant excentrique, il est également possible de réaliser des moyens de montage à coulissement comportant un galet ou un coussinet porté par un support basculant autour d'un axe essentiellement parallèle au rail de coulissement. Enfin, bien que les moyens de montage décrits précédemment comprennent trois galets dont l'un au moins est mobile transversalement au rail de coulissement, il est également possible de prévoir davantage de galets (par exemple quatre), l'un au moins des groupes de galets situé d'un même côté du rail étant alors de préférence monté mobile transversalement à ce rail pour un montage/démontage rapide de l'équipage mobile. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure tridimensionnelle comportant un équipage mobile (1) formé d'un chariot (9) comprenant des moyens (11, 13, 15) pour son montage à coulissement sur un rail fixe (3) définissant un axe de coulissement (5), d'une tourelle (37) montée sur le chariot (9) pour pivoter autour d'un premier axe de pivotement (39) essentiellement orthogonal à l'axe de coulissement (5) du chariot (9), et d'un bras de mesure (99) monté sur la tourelle (37) pour pivoter autour d'un second axe de pivotement (103) essentiellement orthogonal au premier axe de pivotement (39), ce bras étant équipé à son extrémité libre d'un palpeur (115), les déplacements selon les trois axes précités étant repérés par trois codeurs associés (61, 81, 105), caractérisé en ce que les moyens de montage à coulissement du chariot (9) sur le rail (3) sont agencés pour permettre un démontage rapide du chariot (9) quelle que soit la position de ce chariot sur le rail (3), et en ce que les trois codeurs (61, 81, 105) sont montés sur la tourelle (37). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de montage à coulissement du chariot (9) sur le rail fixe (3) comportent au moins trois galets (11, 13, 15) non alignés, l'un (15) au moins desdits galets possédant un axe de rotation (21) monté mobile sur le chariot (9) pour permettre un déplacement de ce galet dans une direction qui est transversale à l'axe de coulissement (5) dudit chariot. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le galet (15) dont l'axe de rotation (21) est mobile est monté sur un support (29) qui est lui-même monté sur le chariot (9) pour pivoter autour d'un axe (31) excentré par rapport à l'axe de rotation (21) de ce galet pour permettre un accouplement ou un désaccouplement rapide du chariot (9) sur le rail fixe (3). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support pivotant (29) du galet (15) est équipé d'un levier de manoeuvre (33). 5. Dispositif selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que le support pivotant (29) du galet (15) est rappelé par un organe de rappel élastique (35) vers sa position d'accouplement. 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les galets (11, 13, 15) coopèrent avec des profilés (25) solidaires du rail fixe (3) et présentant des surfaces extérieures cylindriques. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les codeurs (81, 61) associés au pivotement de la tourelle (37) et au coulissement du chariot (9) sont disposés coaxialement l'un à l'autre suivant l'axe de pivotement (39) de la tourelle (37)- 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le codeur (61) repérant le coulissement du chariot (9) est relié à un organe tournant (77) agencé pour coopérer avec le rail fixe (3). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le codeur (61) associé au coulissement du chariot (9) possède une partie fixe (63) solidaire de la tourelle (37) et une partie tournante (65) solidaire de l'une des extrémités d'un organe intermédiaire (51) monté à rotation entre la tourelle (37) et le chariot (9) selon l'axe de pivotement (39) de la tourelle (37), et dont l'autre extrémité porte l'organe tournant (77) agencé pour coopérer avec le rail fixe (3). 10. Dispositif selon les revendications 7 et 9, caractérisé en ce que l'organe intermédiaire (51) présente un passage central (93) traversé par une tige (91) calée sur l'axe de pivotement de la tourelle (37), ladite tige reliant le chariot (9) au codeur (81) associé au pivotement de cette tourelle (37). 11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'organe tournant (77) agencé pour coopérer avec le rail fixe (3) est un pignon (77) engrènant avec une crémaillère (79) solidaire dudit rail.