Brevet FR2780776A1 — publié le 20000107

La présente invention concerne de manière générale des machines de mesure de coordonnées tridimensionnelles. Plus particulièrement, la présente invention concerne un affichage nouveau et amélioré pour une machine de mesure de coordonnées tridimensionnelles qui délivre une précision améliorée et une plus grande facilité d'emploi. Contexte de l'invention Il est bien connu dans l'art d'utiliser une machine de mesure de coordonnées tridimensionnelles pour mesurer des objets dans l'espace entre termes de leurs coordonnées X, Y et Z, désignées couramment de longueur, largeur et hauteur. Les progrès de l'art ont conduit à des machines de mesure de coordonnées tridimensionnelles portables légères qui conviennent bien aux applications industrielles générales. Une telle machine de mesure de coordonnées tridimensionnelles est décrite dans le brevet américain n 5 402 582, qui est attribué également au mandataire de la présente et est repris ici par voie de référence. Les objets tridimensionnels sont décrits en termes de position et d'orientation; c'est- à-dire par seulement o un objet se trouve, mais dans quelle direction il est tourné. L'orientation d'un objet dans l'espace peut être définie par la position de trois points sur l'objet. L'orientation peut également être décrite par les angles d'alignement de l'objet dans l'espace. Les coordonnées X, Y et Z peuvent être mesurées le plus simplement par trois échelles linéaires. En d'autres termes, si l'on pose une échelle le long de la longueur, de la largeur et de la hauteur d'un espace, on peut mesurer la position d'un point dans l'espace. Actuellement, les machines de mesure de coordonnées mesurent des objets dans un espace à l'aide de trois échelles linéaires. Les machines de mesures de coordonnées de l'art antérieur comprennent un bras de mesure multiarticulé (de préférence six articulations) à positionnement manuel pour mesurer aisément et précisément un volume qui comprend généralement une sphère d'un diamètre allant de préférence de six à huit pieds (mais qui peut également couvrir des diamètres supérieurs ou inférieurs à cette plage). En plus du bras de mesure, les machines de mesure de coordonnées de l'art antérieur emploient un contrôleur (ou boîtier série) qui sert d'interface électronique entre le bras et un ordinateur hôte qui affiche des invites de menu et des sorties à un opérateur. Le bras de mesure mécanique employé dans les machines de mesure de coordonnées comprend généralement une pluralité de boîtiers de transfert (chaque boîtier de transfert comprenant une articulation et définissant un degré de liberté en rotation) et des éléments d'extension fixés l'un à l'autre, des boîtiers de transfert voisins étant placés à angles droits afin de définir un bras mobile ayant de préférence cinq ou six degrés de liberté. Chaque boîtier de transfert comprend des transducteurs de mesure. De plus, chaque boîtier de transfert comprend des indicateurs visuels et audio de fin de course pour servir de protection contre une surcharge mécanique due à des contraintes mécaniques. L'utilisation d'un boîtier contrôleur discret à base de microprocesseur permet un prétraitement de calculs spécifiques sans exigences de traitement au niveau de l'hôte. Cela s'effectue en montant un préprocesseur intelligent dans le boîtier contrôleur, qui fournit une adaptabilité programmable et une compatibilité avec une grande variété d'hôtes extérieurs (par exemple, des ordinateurs extérieurs). Le boîtier série fournit également une évaluation multi-protocoles intelligente et une auto-commutation en détectant les exigences de communication depuis l'hôte. Par exemple, un ordinateur hôte utilisant un logiciel d'un fabricant générera des requêtes d'appels d'une forme qui sont automatiquement détectées par le boîtier contrôleur. Encore une autre caractéristique du boîtier contrôleur est l'existence de communications par port série pour des communications longue distance standardisées dans une variété d'environnements industriels et des cartes de comptage analogique- numérique/numérique pour la capture simultanée de données d'encodeur depuis tous les boîtiers de transfert, ce qui conduit à des mesures d'une grande précision. Les machines de mesure de coordonnées de l'art antérieur comprennent des transducteurs (par exemple, un transducteur pour chaque degré de liberté) qui collectent des données de position de rotation et envoient ces données de base à un boîtier série. Le boîtier série effectue certaines manipulations préliminaires sur les données. Dans une configuration typique, le boîtier série est placé sous l'ordinateur hôte, un peu à distance de la sonde et du bras. Le boîtier série comprend des EEPROM qui contiennent un logiciel de traitement de données, un processeur de micro-ordinateur, une carte de traitement de signal et plusieurs témoins lumineux et une sortie audio, généralement sous la forme d'un haut-parleur. Comme mentionné, les données de base du transducteur sont envoyées du bras au boîtier série, o le boîtier série traite alors les données brutes du transducteur sur une base permanente et répond aux requêtes de l'ordinateur hôte avec les informations de position ou d'orientation tridimensionnelle désirées. Les systèmes actuels de mesure de coordonnées nécessitent de l'opérateur que, tout en manipulant le bras, il examine l'écran d'affichage de l'ordinateur hôte et répond à des messages alphanumériques qui y sont affichés ou réponde à des signaux audio. Les messages et les signaux audio sont produits par l'ordinateur hôte et par le logiciel applicatif. Dans certains cas, les composants du système de mesure de coordonnées (par exemple, le bras, le boîtier série et l'ordinateur hôte avec l'affichage) sont agencés en des positions qui sont souvent difficiles ou peu commodes à voir ou à entendre par l'opérateur. Les bras de mesure pour machines de mesure de coordonnées comprennent une poignée de sonde à l'extrémité opérateur. Les poignées de sonde de l'art antérieur sont tenues par l'opérateur comme un stylo ou une poignée de pistolet et possèdent parfois deux commutateurs pour la fixation d'équipements électroniques optionnels et/ou un montage fileté pour recevoir une variété de sondes. Comme la machine de mesure de coordonnées est un dispositif de mesure manuel, I'utilisateur doit être capable de prendre une mesure, puis de confirmer à la machine de mesure de coordonnées si la mesure est acceptable ou non. Cela s'effectue typiquement en utilisant les deux commutateurs. Un commutateur sert à piéger les informations tridimensionnelles et le deuxième commutateur confirme leur acceptation et les transfère à l'ordinateur hôte. Plusieurs lignes de tension et lignes de convertisseur analogique- numérique passent du boîtier série à travers le bras jusqu'à la poignée de sonde en vue d'une fixation générale à de nombreuses options, comme un dispositif de balayage à laser ou une sonde tactile. Les commutateurs sont également utilisés pour répondre à des invites de menu, affichées ou sous la forme de signaux audio, provenant de l'ordinateur hôte. Une variété de sondes peut être vissée à un ensemble poignée de sonde comme qu'une sonde sphérique dure de 1/4 de pouce de diamètre ou une sonde ponctuelle. Les sondes sont montées typiquement par vissage sur un support qui, en retour, est monté par vissage sur un boîtier de sonde et peut comprendre également une pluralité de surfaces plates pour faciliter la prise et le dégagement des sondes à l'aide d'une clé. Le panneau avant d'un boîtier série de l'art antérieur possède huit témoins lumineux, dont un témoin d'alimentation et un témoin d'erreur et six autres témoins correspondant à chacun des six transducteurs situés dans chaque boîtier de transfert. À la mise sous tension, le témoin d'alimentation indiquera l'alimentation du bras. Les six témoins des transducteurs indiqueront l'état de chacun des six transducteurs. Les témoins d'état peuvent indiquer par exemple si l'un des transducteurs approche de sa butée de fin de course en rotation de moins de 2 degrés, le témoin et un beep sonore pour ce transducteur particulier indiquant alors à l'utilisateur qu'il est trop proche de la bute de fin de course; et que l'orientation du bras doit être réajustée pour la mesure en cours. Le boîtier série continuera à mesurer, mais ne permettra pas la saisie des données tant que cet état de fin de course n'aura pas été levé. Une situation typique dans laquelle cette fonction de fin de course est nécessaire est la perte d'un degré de liberté par la rotation d'un transducteur particulier jusqu'à sa limite de fin de course et, donc, I'application de forces sur le bras, provoquant des déformations non mesurées et des imprécisions sur la mesure. À tout moment durant la procédure de mesure, une variété d'erreurs de communication et de calcul peut se produire. Elles sont communiquées à l'utilisateur par un clignotement du témoin d'erreur et par une combinaison des témoins des six transducteurs, indiquant par un code l'état d'erreur présent. Certains panneaux avant de boîtier série utilisent un panneau à cristaux liquides alphanumérique affichant des erreurs alphanumériques et des avertissements de fin de course. Résumé de l'invention Les inconvénients et déficiences de l'art antérieur discutés ci-dessus, ainsi que d'autres, sont surmontés ou atténués par la présente invention. Selon la présente invention, il est prévu un nouveau dispositif d'affichage destiné à être utilisé avec une machine de mesure de coordonnées tridimensionnelles. Le dispositif d'affichage peut se positionner près de l'extrémité côté poignée de sonde du bras d'une machine de mesure de coordonnées afin d'afficher une transmission depuis le microprocesseur sous un format visuel et audio commode pour un opérateur. Un mode de réalisation de la présente invention comprend un affichage à cristaux liquides, un haut-parleur et une pluralité de diodes électroluminescentes (DEL). L'affichage à cristaux liquide affiche des informations de coordonnées relatives à la sonde de mesure dans un espace de travail défini, et fournit de plus des informations alphanumériques sous la forme d'invites de menu pilotées par le système. L'affichage délivre des informations à un opérateur sur l'état des transducteurs du bras, les signaux d'erreur et l'état de tension. Le haut-parleur délivre des informations audio indiquant les états du système, les erreurs ou les invites à l'opérateur. Le dispositif d'affichage selon la présente invention comprend également une prise casque pour permettre l'utilisation d'un casque dans des situations o le haut-parleur n'est pas optimal. Le dispositif d'affichage peut se monter en diverses positions le long du bras d'une machine de mesure de coordonnées et comprend une monture de composant articulée qui permet la rotation de l'affichage en vue de sa consultation par l'opérateur. Dans un mode de réalisation, le dispositif d'affichage comprend une base magnétique pour permettre un 2 o positionnement en rotation dans la monture. Dans un autre mode de réalisation, I'ordinateur hôte transmet des informations au dispositif d'affichage par télémétrie, ce qui permet au dispositif d'affichage d'être placé à distance du bras. Le dispositif d'affichage selon la présente invention affiche des invites de menu pilotées par le système, auxquelles un opérateur répond à l'aide des boutons de saisie et d'acceptation de l'art antérieur. Un mode de réalisation de la présente invention comprend un port optionnel pour recevoir un dispositif de sélection de menu, une souris ou un clavier pour interagir avec le microprocesseur. Les caractéristiques et avantages de la présente invention discutés ci- dessus, ainsi que d'autres, seront mieux appréciés et compris par les experts dans l'art à partir de la description détaillée qui suit et des croquis. Brève description des croquis Se référant maintenant aux croquis, dans lesquels des éléments identiques portent des numéros identiques sur les différentes figures, La figure 1 est une vue isométrique d'un système de mesure de coordonnées tridimensionnelles comprenant un dispositif d'affichage selon la présente invention; La figure 2 est une vue isométrique d'un ensemble à poignée de sonde et d'un dispositif d'affichage selon la présente invention; et La figure 3 est une vue isométrique d'un dispositif d'affichage montrant une base magnétique. Description détaillée du mode de réalisation Préféré Se référant à la figure 1, un bras multiarticulé à fonctionnement manuel destiné à être utilisé avec une machine de mesure de coordonnées est repéré globalement par 1. En termes généraux, le bras 1 se compose d'une base 2 reliée à un premier ensemble de boîtiers de transfert 3,4, d'un premier élément d'extension 5 fixé rigidement au premier ensemble de boîtiers de transfert et un deuxième ensemble de boîtiers de transfert 6, 7 et un troisième ensemble de boîtiers de transfert 9,10 placés entre une deuxième extension 8, avec le boîtier de transfert 9 fixé au boîtier de transfert 7. Les ensembles de boîtiers de transfert sont généralement des paires d'articulations rotatives placées transversalement l'une à l'autre et, comme dans l'art antérieur, ayant des transducteurs capteurs de position placés en eux (non représentés). À l'extrémité du bras 1 et s'étendant depuis le boîtier de transfert 10 est monté un ensemble à poignée de sonde 11 qui comprend des boutons de commutation de données 17, 18. Comme dans l'art antérieur, le bras 1 communique électriquement avec le boîtier série 12 via un câble 13 qui communique électroniquement avec un ordinateur hôte 14 ayant un affichage 15, via un câble 16. Selon la présente invention, le mode de réalisation de la figure 1 montre, à titre d'exemple, le dispositif d'affichage 50 placé sur le bras 1 près de l'ensemble de poignée de sonde 11 au voisinage d'un opérateur (non représenté) manipulant le bras. En fait, I'affichage 50 peut être placé en n'importe lequel de plusieurs points le long du bras 1, selon les désirs de l'opérateur et comme il sera décrit plus loin. L'affichage 50 comprend de nombreuses caractéristiques du boîtier série et de l'hôte des systèmes de mesure de coordonnées de l'art antérieur décrits plus haut et les détails de l'affichage 50 seront décrits plus aisément en se reportant à la figure 2. À titre d'exemple, I'affichage 50 comprend un écran texte 51 composé d'un affichage à cristaux liquides, comme il est connu pour afficher visuellement des données dimensionnelles et des invites à l'opérateur. L'affichage 50 comprend de plus des DEL 52-57 qui correspondant aux six transducteurs dans les boîtiers de transfert 3, 4, 6, 7, 9, 10 pour indiquer I'état de chacun des transducteurs. De plus, l'affichage 50 comprend une DEL d'avertissement 58 qui, par exemple, s'allume quand un boîtier de transfert approche d'une butée durant un mouvement du bras 1, et comprend également une DEL d'alimentation 59 qui indique que de la puissance est transmise au bras. L'affichage 50 comprend de plus un haut-parleur audio 60 et une prise casque 61 pour transmettre des signaux audio du boîtier série 12 et de l'ordinateur hôte 14 à un opérateur. La prise casque 61 permet à un opérateur d'entendre et de répondre à des signaux audio provenant de l'ordinateur hôte tout en travaillant dans un environnement bruyant. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, une communication électronique est transmise de l'ordinateur hôte 14 et du boîtier série 12 au bras 1 via les câbles 13, 16 et dans le bras 1 à l'affichage 50 via des câbles, d'une manière connue. Se référant à la figure 2, I'affichage 50 est placé sur un support de base 62 par des vis 63. Le support de base 62 est placé sur un composant articulé 64 et fixé axialement sur une voie de rotation limitée par un dispositif à sphère et détente (non représenté), d'une manière connue. Le composant articulé 64, et donc l'affichage 50, sont fixés de manière mobile à l'extension 8 par des gorges à verrouillage rotatif 65 en prise avec des cannelures associées (non représentées) sur l'extension, d'une manière connue. L'affichage 50 étant monté comme décrit, un opérateur manipulant le bras 1 via l'ensemble à poignée 11 peut faire tourner l'affichage 50 dans les directions représentées par la flèche 66 afin d'obtenir une perspective commode sur l'affichage. Un mode de réalisation alternatif de la présente invention est décrit en se référant à la figure 3, dans laquelle un affichage télémétrique 67 comprend une base magnétique 68 montée sur son arrière. L'affichage télémétrique 67 fonctionne de façon similaire à ce qui a été décrit ci- dessus, mais transmet et reçoit les communications électroniques entre le boîtier série 12 et l'ordinateur hôte 14 par télémétrie, d'une manière connue. La base magnétique 68 permet à l'affichage 67 d'être montée sur n'importe quelle surface appropriée convenant à un opérateur. Par exemple, I'affichage 67 peut être monté temporairement sur une pièce ferreuse ou une autre surface ferreuse appropriée pour permettre une inspection étroite par l'opérateur. Dans un autre mode de réalisation, le support de base 62 comprend une surface ferreuse qui permet de monter I'affichage 67 de manière amovible. L'avantage de ce mode de réalisation est que l'affichage 67 peut être tourné dans la direction indiquée par la flèche 69 pour permettre certaines utilisations ou manipulations du bras 1 afin de fournir une perspective commode à un opérateur, ou retiré et appliqué sur une paroi ou une pièce comme décrit plus haut. Dans encore un autre mode de réalisation, I'affichage télémétrique 67 comprend un support de base adaptable à un système de fixation temporaire à boucles et crochets connu en soi. Dans un autre mode de réalisation, I'affichage 67 comprend une fixation de type clip ressort, connue en soi, en vue d'une installation temporaire sur une variété de surfaces. En service, la présente invention permet le positionnement physique de l'affichage d'une manière commode pour l'opérateur dans des situations dans lesquelles l'affichage et le boîtier série de l'art antérieur peuvent ne pas être optimaux. Au démarrage du système de mesure de coordonnées, un opérateur dispose d'un accès commode à des informations visuelles et audio sur le système, comme l'alimentation du bras 1 via la DEL 59 et l'état des transducteurs via les DEL 52-57. Pendant la manipulation du bras 1 pour inspecter une pièce, I'opérateur reçoit des invites de la part du boîtier série 12 et de l'hôte 14, sous la forme de signaux audio via le haut-parleur 60 et de caractères alphanumériques affichés sur l'écran 51. L'opérateur peut répondre aux invites en appuyant sur les boutons 17, 18. Dans un mode de réalisation alternatif, un écran d'affichage opérateur 51 comprend un écran tactile connu en soi pour permettre à l'opérateur de répondre à un ensemble simple de sélections de menu transmis depuis l'ordinateur hôte en touchant la surface de l'écran. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, I'affichage 50 comprend un port optionnel 70 recevant, par exemple, un outil de sélection de menus 71. En variante, le port optionnel peut recevoir une liaison de communication depuis un clavier ou un autre dispositif d'entrée ou de sortie. Pendant l'utilisation d'une machine de mesure de coordonnées comprenant un affichage selon la présente invention, le boîtier série 12 subit d'abord des procédures d'autocontrôle et délivre de la puissance au bras 1, comme dans l'art antérieur. Le microprocesseur résidant dans le boîtier série 12 envoie un signal à l'affichage 50 allumant la DEL 59 indiquant à l'opérateur que le bras est alimenté, et allumant les DEL 52- 57 indiquant que les transducteurs n'ont pas été calibrés, comme dans l'art antérieur. La DEL d'erreur 58 serait également allumée. L'opérateur, par manipulation du bras 1, force le bras à passer par les emplacements de référence présélectionnés et, quand chaque transducteur est référencé, la diode correspondante est éteinte, jusqu'à ce que toutes les DEL 52-57 soient éteintes, ainsi que la DEL d'erreur 58. L'affichage 50 selon la présente invention avec sa position proche de l'opérateur donne une indication commode et instantanée. Une fois que tous les transducteurs ont été référencés, le système établit une communication électronique avec l'hôte et attend une nouvelle communication de la part de l'opérateur. Typiquement, I'opérateur relâche le bouton 17 ou 19 pour lancer la procédure de mesure. Une fois que la procédure de mesure a commencé, les coordonnées tridimensionnelles de l'extrémité de la sonde sont affichées sur l'écran texte 51. L'affichage à cristaux liquides de l'écran texte 51 est capable d'afficher des coordonnées de mesure dans le système de coordonnées de la pièce, par réaction depuis le logiciel applicatif de l'ordinateur hôte. L'opérateur peut recevoir visuellement les coordonnées de la sonde sur l'écran texte 51 quand le bras 1 est manipulé autour de la pièce dans le volume de travail de la machine de mesure de coordonnées. Tandis que des modes de réalisation préférés ont été décrits et illustrés, diverses modifications et substitutions peuvent y être apportées sans s'écarter de l'esprit et du cadre de la présente invention. En conséquence, il va de soi que la présente invention a été décrite à titre d'illustration et non de limitation. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'affichage (50) destiné à être utilisé dans un système de mesure de coordonnées tridimensionnelles, ayant un bras mobile (1) ayant une extrémité de sonde et comprenant une pluralité d'articulations, chaque articulation correspondant à un degré de liberté, de sorte que le bras (1) est mobile dans un volume sélectionné, chacune des articulations comprend un boîtier de transfert de rotation (3,4;6,7;9, 10) ayant un transducteur de position placé en lui et produisant un signal correspondant o10 à une position, le système ayant de plus un microprocesseur recevant les signaux de position et délivrant une coordonnée numérique correspondant à la position de la sonde dans le volume sélectionné, le dispositif d'affichage recevant la coordonnée numérique et affichant la coordonnée. 2. Dispositif d'affichage selon la revendication 1, dans lequel I'affichage (50) est placé sur le bras (1) près de l'extrémité de sonde. 3. Dispositif d'affichage (50) selon la revendication 1, dans lequel le système fournit une alimentation électrique au bras (1) et fournit de plus un signal électrique indicatif de celle-ci, une pluralité de signaux électriques correspondant à un état de transducteur, et un signal électrique correspondant à un état d'erreur du système, le dispositif d'affichage (50) comprenant de plus une pluralité de diodes électroluminescentes (52-59) recevant les signaux électriques. 4. Dispositif d'affichage selon la revendication 1, dans lequel le système délivre un signal audio, I'affichage (50) comprenant de plus un haut-parleur (60) recevant le signal audio et produisant un bruit en réponse à celui-ci. 5. Dispositif d'affichage selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d'affichage comprend un affichage à cristaux liquides. 6. Dispositif d'affichage selon la revendication 1, dans lequel le bras comprend une pluralité d'extensions (5, 8) disposées entre des boîtiers de transfert (3,4;6,7;9,10) sélectionnés et l'affichage (50) comprend de plus: un composant articulé fixé de manière amovible à l'une des extensions (5, 8) et l'un des boîtiers de transfert (3,4;6,7;9,10); un boîtier d'affichage placé rotatif sur le composant articulé; et l'affichage étant fixé de manière amovible dans le boîtier. 7. Dispositif d'affichage selon la revendication 6, dans lequel l'affichage (50) est fixé dans le boîtier par une pluralité de fixations. 8. Dispositif d'affichage selon la revendication 6, dans lequel l'affichage (50) est placé avec un biseau ayant une base magnétique et la base est fixée magnétiquement dans le boîtier en une pluralité de positions. 9. Dispositif d'affichage selon la revendication 1, dans lequel le microprocesseur délivre des signaux électriques correspondant à des caractères alphanumériques et l'affichage recevant les signaux et affichant les caractères alphanumériques. 10. Dispositif d'affichage selon la revendication 1, dans lequel le microprocesseur délivre des signaux correspondant à des sélections d'instructions par l'opérateur, I'affichage recevant les signaux et affichant les sélections, I'affichage comprenant de plus un écran tactile délivrant un signal au microprocesseur correspondant à une réponse de l'opérateur. 11. Dispositif d'affichage selon la revendication 1, comprenant de plus un port optionnel (70) permettant une communication électrique entre le microprocesseur et un outil de sélection de menu (71) ou un clavier. 12. Dispositif d'affichage selon la revendication 1, dans lequel le microprocesseur transmet les coordonnées numériques et le dispositif d'affichage reçoit les coordonnées par télémétrie.