Brevet FR2779226A1 — publié le 19991203

ENSEMBLE POUR MONTER UN OUTIL DE MESURE SUR UNE T TE DE MESURE DÉPLACÉE PAR UN ROBOT DE MESURE La présente invention concerne un ensemble destiné à monter un outil de mesure sur une tête de mesure déplacée par un robot de mesure. Dans la description suivante et dans les reven- dications, le terme "tête de mesure" est utilisé dans le sens le plus large pour désigner toute unité se caractérisant par un palpeur de mesure, quels que soientt la configuration ou le nombre des axes. De même, le terme "robot" est utilisé pour désigner toute unité destinée à déplacer une tête de mesure selon un certain nombre d'axes de coordonnées, quels que soientt la configuration ou le nombre des axes. L'invention peut être utilisée de façon appro- priée, mais non exclusive, pour monter un outil de mesure sur une tête articulée selon deux axes (quelquefois désignée en tant que "poignet") déplacée par un robot de mesure. Pour garantir des mesures précises, sans qu'il soit besoin de procédures d'étalonnage longues et exi- geant beaucoup de soin, chaque fois que l'outil de mesure est monté sur la tête de mesure, l'ensemble de montage doit procurer un positionnement pouvant être répété chaque fois sans erreur de l'outil par rapport à la tête. Dans ce but, on connait des ensembles de montage comprenant des premiers éléments supports portés par l'outil de mesure, des deuxièmes éléments supports portés par un élément de sortie de la tête de mesure et coopérant avec les premiers éléments supports pour définir de façon précise la position de l'outil par rapport à la tête de mesure, et des éléments de verrouillage libérables pour maintenir l'outil et la tête dans ladite position. Du fait que les éléments de verrouillage exigent notamment l'utilisation d'outils pour verrouiller et libérer l'outil de mesure, le montage et le démontage de l'outil de mesure sont des opérations relativement longues et demandant beaucoup de soin. On connait également des ensembles de montage magnétiques entre l'outil et l'élément de sortie de la tête de mesure, qui procurent un montage et un démon- tage de l'outil relativement rapides, mais qui sont affectés par tout champ magnétique extérieur ou par de la poussière. En outre, les montages magnétiques exigent une région d'interaction extensive entre l'élément de sortie et l'outil de sorte que les forces échangées réparties sur toute la région d'interaction ont un bras relativement long par rapport à l'axe de rotation de l'élément de sortie, lequel bras produit des moments d'interaction rendant difficile d'assurer un support parfaitement répétitif de l'outil sur la tête. C'est un but de la présente invention de procu- rer un ensemble de montage permettant une précision de positionnement et une possibilité de répétition maxima- les et qui, en même temps, est rapide et facile à utiliser et, en particulier, permet un montage et un démontage rapides de l'outil de mesure sans exiger aucun outil. Selon la présente invention, il est procuré un ensemble pour monter un outil de mesure sur une tête de mesure déplacée par un robot de mesure et ayant un élément de sortie tournant au moins autour d'un axe, ledit ensemble comprenant un premier moyen support porté par ledit élément de sortie, un deuxième moyen support porté par une portion de raccordement pour monter ledit outil sur ladite tête de mesure et qui coopère avec ledit premier moyen support, et des moyens de verrouillage libérables interposés entre ladite portion de raccordement dudit outil et ledit élément de sortie pour maintenir ledit premier moyen support et ledit deuxième moyen support en contact l'un avec l'autre, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième moyens supports sont disposés périphériquement par rapport à l'axe et définissent une contrainte iso- statique entre ledit élément de sortie et ladite portion de raccordement dudit outil et en ce que lesdits moyens de verrouillage libérables comprennent des moyens de coopération disposés pratiquement selon ledit axe et des moyens d'actionnement pneumatiques coopérant avec lesdits moyens de coopération et comman- dant leur libération. On va maintenant décrire, à titre d'exemple, une réalisation préférée non limitative de la présente invention en se référant aux dessins joints, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation d'une tête de mesure équipée d'un outil de mesure au moyen d'un ensemble de montage selon les enseignements de la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe partielle à plus grande échelle de l'ensemble de montage selon l'invention et de portions associées respectives de l'outil de mesure et de la tête de mesure; - la figure 3 est une coupe d'un détail de l'ensemble de montage de la figure 2 dans une position de fonctionnement différente; et - la figure 4 est une coupe à plus grande échelle d'un autre détail de l'ensemble de montage de la figure 2. Le repère 1 sur la figure 1 désigne, dans sa totalité, une tête de mesure, qui est déplacée par un robot de mesure connu (non représenté), et à laquelle on peut raccorder un outil de mesure 2 au moyen d'un ensemble 3 (figures 2 et 3) faisant l'objet de la présente invention. La tête i comprend, d'une manière connue, un premier corps sensiblement tubulaire 4, d'axe A, qui est monté sur ledit robot de mesure, et un deuxième corps 6, qui a un axe B perpendiculaire à l'axe A, est supporté en porte-à-faux par le corps 4 et est tourné par rapport au corps 4 autour de l'axe A par un premier dispositif d'actionnement et de commande connu (non représenté) logé à l'intérieur du corps 4. L'outil 2 comprend un palpeur connu 7, ne faisant pas partie de la présente invention et en conséquence non décrit en détail, et est raccordé en porte-à-faux, au moyen d'un ensemble 3, à la plaque terminale 8 portée par le corps 6 et définissant l'élément de sortie de la tête 1 (figures 2 et 3). La plaque 8 avec l'outil 2 est tournée par rapport au corps 6 autour d'un axe B par un deuxième dispositif d'actionnement et de commande (non repré- senté) logé à l'intérieur du corps 6. L'outil 2 comprend une portion de raccordement pratiquement de forme tronconique, d'axe B, qui est raccordée à la plaque 8 de la tête 1 par l'ensemble 3, et une portion support 11 supportant le palpeur 7 et s'étendant latéralement de la portion de raccordement 10. En se référant aux figures 2 et 3, l'ensemble de montage 3 comprend pratiquement trois supports 12 angulairement équidistants et interposés entre la plaque 8 et l'extrémité 13 de la portion de raccorde- ment de l'outil 2 faisant face à la plaque 8, et des moyens de verrouillage libérables 14 interposés entre la plaque 8 et la portion de raccordement 10, et situés pratiquement le long de l'axe B. De façon plus spécifique, l'extrémité 13 de la portion de raccordement 10 a un appendice central sensiblement cylindrique 15 se projetant vers une portion intermédiaire pratiquement circulaire 16 de la plaque 8, laquelle portion 16 est légèrement décalée vers l'arrière par rapport à une portion périphérique annulaire 17 de la plaque 8. Chaque support 12 est défini par deux billes 18 espacées circonférentiellement et logées dans la portion périphérique 17 de la plaque 8, et par un cylindre 19, logé en s'en projetant dans une extrémité 13 de la portion de raccordement 10 de l'outil 2, dans une position périphérique par rapport à l'appendice 15 et à l'axe B et avec son propre axe parallèle à l'axe A, ce cylindre 19 coopérant avec les deux billes 18 et définissant avec elles des points de contact respec- tifs. Les billes 18 et les cylindres 19 sont logés partiellement à l'intérieur de sièges de positionnement respectifs formés respectivement dans la portion péri- phérique 17 de la plaque 8 et dans l'extrémité 13 de la portion de raccordement 10 de l'outil 2, et ils sont fixés de façon appropriée au moyen d'un adhésif. Les trois supports 12 se combinent pour défi- nir, entre la plaque 8 et la portion de raccordement , une contrainte isostatique, qui élimine tout degré de liberté de l'outil 2 par rapport à la plaque 8, à l'exception d'une translation dans la direction de l'axe B. Des moyens de verrouillage libérables 14 comprennent une tige 20, d'axe B, portée d'une manière saillante et orientable par la portion intermédiaire 16 de la plaque 8, et un élément d'actionnement 21, qui coulisse de manière étanche à l'intérieur d'un siège traversant 22, d'axe B, dans la portion de raccordement de l'outil 2; cet élément d'actionnement 21 comprend un siège terminal 23 coopérant avec la tige 20 et il est mobile entre une position de libération (figure 3) permettant d'introduire la tige 20 dans le siège 23 et de la retirer, et une position de verrouillage verrouillant axialement la tige 20 à l'intérieur du siège 23 (figure 2). De façon plus spécifique, le siège 22 dans la portion de raccordement 10 comprend, en direction de la plaque 8, une ouverture 24 pour l'introduction de la tige 20, il est fermé au niveau de l'extrémité opposée par un couvercle 25 ayant une entrée d'air 26 et fixé sur la portion de raccordement 10 au moyen de vis et il définit, avec l'élément d'actionnement 21 et le couver- cle 25, un vérin d'actionnement pneumatique. L'élément d'actionnement 21 est repoussé axia- lement en direction du couvercle 25 et est maintenu dans la position de verrouillage par un ressort 30 et il est déplacé axialement dans la position de libéra- tion par de l'air comprimé amené à travers l'arrivée d'air 26 et agissant dans la direction opposée à l'action du ressort 30. Le ressort 30 est de façon appropriée un ressort hélicoïdal cylindrique logé coaxialement à l'intérieur du siège 22 de la portion de raccordement 10. En se déplaçant vers le bas depuis l'extrémité 13 de la portion de raccordement 10, le siège 22 comprend trois portions successives de section croissante et définissant deux épaulements annulaires 31 et 32 faisant face au couvercle 25 et respectivement adjacents à l'ouverture 24 et au couvercle 25. Adjacente à l'ouverture 24, la surface latérale du siège 22 est équipée d'un anneau 33, d'axe B, se projetant à l'intérieur du siège 22. L'anneau 33 est défini intérieurement par une surface cylindrique 34 raccordée à la surface latérale du siège 22 par une surface terminale conique 35 faisant face à l'ouverture 24 et définissant un épaulement 36 avec la surface latérale du siège 22. En se référant particulièrement aux figures 2 à 4, la tige 20 comprend une première tête terminale pratiquement hémisphérique 38 qui est montée sur une surface respectivement complémentaire d'un anneau 39 monté dans la portion intermédiaire 16 de la plaque 8 sur le côté opposé à l'outil 2 et cette tête 38 définit avec ladite surface un joint articulé sphérique 37 permettant de petits défauts d'alignement de la tige 20 par rapport à l'axe B. La tige comprend également un fût 40 partant de la tête 38 à travers une ouverture traversante dans la portion intermédiaire 16 de la plaque 8 et se terminant par une deuxième tête terminale 41 pratiquement sous la forme d'un double tronc de cône. De façon plus spécifique, le fût 40 comprend une première portion cylindrique 42 adjacente à la tête 38, et une deuxième portion cylindrique 43, qui est interposée entre la portion 42 et la tête 41, a une section transversale plus petite que la portion 42 et la tête 41 et est raccordée à la tête 41 par une portion en forme de tronc de cône. La tête 38 de la tige 20 est maintenue en contact avec le siège dans l'anneau 39 par une rondelle Belleville 44 interposée entre la portion intermédiaire 16 de la plaque 8 et une rondelle 45 coopérant avec la portion 42 du fût 40 et retenue sur la portion 42 par une bague de retenue 46 (figure 4). En se référant aux figures 2 et 3, l'élément d'actionnement 21 comprend une première portion sensi- blement en forme de coupe cylindrique 50 montée pour coulisser de manière étanche à l'intérieur du siège 22 de la portion de raccordement 10 entre l'épaulement 32 et le couvercle 25, et une deuxième portion cylindrique allongée 51 qui se projette d'une paroi de fond de la portion 50 à une section transversale plus petite que la portion 50, coopère avec l'anneau 33 en coulissement et a un siège 23 au niveau de sa portion terminale libre 52. Une bague d'étanchéité 53 est interposée entre la portion 50 de l'élément d'actionnement 21 et la surface latérale du siège 22 et est logée à l'inté- rieur d'une gorge annulaire extérieure sur la portion 50. Le ressort 30 a une extrémité logée à l'intérieur de la portion 50, est enroulée autour de la portion 51 et a son extrémité opposée appliquée contre l'épaule- ment 31. La portion terminale 52 de l'élément d'action- nement 21 comprend également un certain nombre de billes 54 logées de manière coulissante à l'intérieur de sièges traversants radiaux respectifs, qui sont formés dans la portion 52, communiquent avec le siège 23, sont également espacés autour de l'axe B et ont un diamètre plus petit, perpendiculairement à l'axe B, que le diamètre des billes 54. Les billes 54 peuvent se déplacer entre une position de coopération, correspondant à la position de verrouillage de l'élément d'actionnement 21, dans laquelle elles sont maintenues en coopération avec la tête 41 de la tige 20 par interaction avec la surface cylindrique 34 de l'anneau 33 (figure 2), à une position de libération, correspondant à la position de libération de l'élément d'actionnement 21, dans laquelle elles coopèrent avec l'épaulement 36 et sont donc détachées de la tige 20 pour permettre à la tige d'être retirée du siège 23 ou d'être introduite à l'intérieur de celui-ci (figure 3). L'ensemble 3 comprend également un système de sécurité ou anti-collision connu 56 pour détecter toute collision de l'outil de mesure 2 risquant de fausser la précision de mesure de l'outil. En se reportant particulièrement à la figure 3, le système 56 comprend pratiquement un circuit électri- que (non représenté) définissant un trajet conducteur comprenant trois interrupteurs normalement fermés 58 (un seul est représenté sur les figures 2 et 3) reliés en série les uns avec les autres et qui s'ouvrent en cas de collision, et des moyens de détection connus (non représentés) pour détecter l'intégrité du trajet conducteur. De façon plus spécifique, chaque interrupteur 58 est défini par une tige de poussée respective, qui est montée au niveau d'une première extrémité sur une première plaquette de circuit imprimé 60 montée sur la portion intermédiaire 16 de la plaque 8 sur le côté opposé à l'outil 2, et qui repose, au niveau de son extrémité opposée, sur un plot de contact d'une deuxième plaquette de circuit imprimé 61 monté sur un appendice 15 de la portion de raccordement 10 de l'outil 2. Le fonctionnement de l'ensemble de montage 3, qui a déjà été partiellement expliqué à la lecture de la description précédente, est le suivant. Avant que l'outil 2 soit monté sur la plaque 8 de la tête 1, de l'air comprimé doit être amené à travers l'entrée d'air 26 dans le siège 22 de la portion de raccordement 10 pour surmonter la force du ressort 30 et déplacer l'élément d'actionnement 21 de la position de verrouillage, dans laquelle les billes 54 se projettent à l'intérieur du siège 23 et empêchent d'introduire la tige 20, à la position de libération, dans laquelle les billes 54 coopèrent avec l'épaulement 36 entre l'anneau 33 et la surface latérale du siège 22 pour permettre ainsi d'introduire la tige 20 à l'inté- rieur du siège 23 de l'élément d'actionnement 21. L'opération ci-dessus peut être effectuée, soit manuel- lement en raccordant une buse de fourniture d'air comprimé (non représentée) à l'entrée d'air 26, soit automatiquement en raccordant à l'entrée 26 un disposi- tif de fourniture d'air comprimé intégré avec le maga- sin d'outil du robot de mesure. A ce moment, l'outil 2 est déplacé vers le corps 6 de telle sorte que les cylindres 19 entrent en contact avec les paires respectives de billes 18 et, en même temps, la tige 20 est introduite à l'intérieur du siège 23 de l'élément d'actionnement 21. La possibilité d'orientation de la tige 20 et la présence des supports 12 permettent, à ce moment, de centrer automatiquement l'outil 2 par rapport à la plaque 8 et en conséquence par rapport à la tête de mesure 1. Lorsque la fourniture d'air comprimé au siège 22 est coupée, le ressort 30 repousse l'élément d'actionnement 21 dans la position de verrouillage et, comme la portion terminale 52 coulisse à l'intérieur de l'anneau 33, les billes 54 interagissent avec la surface cylindrique 34 de l'anneau 33 et sont poussées en coopération avec la tête 41 de la tige 20 pour verrouiller la portion de raccordement 10 de l'outil 2 sur la plaque 8 (figure 2). L'outil 2 est retiré de la tête 1 de la même manière, en amenant de l'air comprimé dans le siège 22 de la portion de raccordement 10 pour déplacer l'élé- ment d'actionnement 21 dans la position de libération (figure 3) et, une fois atteinte la position de libéra- tion, en déplaçant l'outil 2 le long de l'axe B pour retirer la tige 20 du siège 23 de l'élément d'actionnement 21. Les avantages de l'ensemble de montage 3 selon la présente invention apparaissent clairement de la description précédente. En particulier, l'outil 2 est monté sur la tête de mesure 1 et en est retiré rapidement et facilement, soit à la main, soit automatiquement, et sans nécessiter aucun outil en amenant simplement de l'air comprimé à travers l'entrée d'air 26 dans le siège 22 de la portion de raccordement 10 de l'outil 2. En outre, la possibilité maximale de position- nement répétitif est garantie par la contrainte isosta- tique définie par les supports 12 et par le verrouillage de l'outil 2 sur la tête 1 pratiquement dans l'axe B de telle sorte que les forces échangées ont un bras de levier minimal par rapport à l'axe B. Enfin, en utilisation, la tige 20 n'est soumise à aucune poussée radiale du fait qu'elle est montée de manière flottante sur la plaque 8. Il est clair que l'on peut apporter des change- ments à l'ensemble 3 sans toutefois s'écarter de la portée des revendications jointes. REVENDICATIONS 1.- Ensemble (3) pour monter un outil de mesure (2) sur une tête de mesure (1) déplacée par un robot de mesure et ayant un élément de sortie (8) tournant autour d'au moins un axe (B); ledit ensemble (3) comprenant un premier moyen support (18) porté par ledit élément de sortie (8), un deuxième moyen support (19) porté par une portion de raccordement (10) pour monter ledit outil (2) sur ladite tête de mesure (1), et qui coopère avec ledit premier moyen support (18); et des moyens de verrouillage libérables (14) interpo- sées entre ladite portion de raccordement (10) dudit outil (2) et ledit élément de sortie (8) pour maintenir en contact l'un avec l'autre ledit premier moyen support (18) et ledit deuxième moyen support (19), caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième moyens supports (18, 19) sont situés périphériquement par rapport audit axe (B) et définissent une contrainte isostatique entre ledit élément de sortie (8) et ladite portion de raccordement (10) dudit outil (2) et en ce que lesdits moyens de verrouillage libérables (14) comprennent des moyens de coopération (20, 54) disposés pratiquement selon ledit axe (B), et un moyen d'action- nement pneumatique (21) coopérant avec lesdits moyens de coopération (20, 54) pour commander la libération de ceux-ci. 2.- Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'actionnement comprennent un élément d'actionnement (21) monté pour coulisser de manière étanche le long dudit axe (B) à l'intérieur d'un premier siège (22) formé dans ladite portion de raccordement (10) dudit outil (2) et en ce que lesdits moyens de coopération comprennent une tige (20) portée en s'en projetant par ledit élément de sortie (8) et s'étendant coaxialement avec ledit axe (B), et des moyens de couplage (54), qui sont portés par ledit élément d'actionnement (21), engagent ladite tige (20) dans une position de verrouillage dudit élément d'actionnement (21) et sont détachés de ladite tige (20) par ledit élément d'actionnement (21) se déplaçant dans une position de libération. 3.- Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite tige (20) comprend une première tête terminale (38) définissant, avec une surface respective dudit élément de sortie (8), un joint articulé sphérique (37) permettant de petits défauts d'alignement de ladite tige (20) par rapport audit axe (B). 4.- Ensemble selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de verrouillage libérables (14) comprennent des moyens élastiques (30), qui sont logés dans ledit premier siège (22), sont interposés entre un premier épaulement (31) dudit premier siège (22) et ledit élément d'actionnement (21), et exercent une poussée axiale sur l'élément d'actionnement (21) pour maintenir l'élément d'actionnement dans ladite position de verrouillage. 5.- Ensemble selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit élé- ment d'actionnement (21) comprend une portion terminale (52) qui définit un deuxième siège axial (23) coopérant avec ladite tige (20) et qui porte lesdits moyens de couplage (54). 6.- Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite tige (20) comprend un fût (40) s'étendant de ladite première tête terminale (38) et se terminant par une deuxième tête terminale (41) se projetant radialement au moins par rapport à une portion adjacente (43) du fût (40), ledit premier siège (22) ayant une portion de coopération (33) dans laquelle ladite portion terminale (52) dudit élément d'actionnement (21) est montée de manière coulissante et qui définit un deuxième épaulement (36) avec une portion adjacente du premier siège (22) situé vers ledit élément de sortie (8), lesdits moyens de couplage comprenant un certain nombre de billes (54) qui sont également espacées autour dudit axe (B), sont logées de manière coulissante à l'intérieur de sièges traversants radiaux respectifs formés sur ladite portion terminale (52) dudit élément d'actionnement (21) et communiquant avec ledit deuxième siège (23), et sont mobiles entre une position engagée correspondant à ladite position de verrouillage dudit élément d'actionnement (21) et dans laquelle lesdites billes sont maintenues en coopération avec ladite deuxième tête terminale (41) de ladite tige (20) par interaction avec ladite portion de coopération (33) dudit premier siège (22), et une position de libération correspondant à ladite position de libération dudit élément d'actionnement (21) et dans laquelle lesdites billes coopèrent avec le deuxième épaulement (36) et sont détachées de ladite tige (20) pour permettre l'introduction ou l'enlèvement de la tige. 7.- Ensemble selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que ladite portion de raccordement (10) dudit outil (2) a une entrée d'air (26) communiquant avec ledit premier siège (22). 8.- Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite entrée d'air (26) est située sur le côté dudit élément d'actionnement (21) opposé auxdits moyens élastiques (30). 9.- Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premier et deuxième moyens supports (18, 19) définissent trois supports (12) angulairement équidistants autour dudit axe (B). 10.- Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce que chacun desdits supports (12) comprend une paire de billes (18) espacées l'une de l'autre et un cylindre (19) dont la surface latérale coopère avec lesdites billes (18). 11.- Ensemble selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit premier moyen support est défini par lesdites paires de billes (18) et en ce que ledit deuxième moyen support est défini par lesdits cylindres (19).