Brevet FR2782791A1 — publié le 20000303

Contexte de l'invention Domaine de l'invention La présente invention concerne de manière générale des machines de mesure tridimensionnelle de coordonnées. Plus particulièrement, la présente invention concerne un coupleur nouveau et amélioré qui compense un écart d'alignement entre l'élément mobile et le transducteur de mesure utilisé pour la transmission du mouvement de rotation aux transducteurs de mesure de rotation utilisés dans chaque coupleur de la machine de mesure de coordonnées. Sans ces coupleurs, des forces d'erreur importantes apparaîtraient dans les mesures des transducteurs. Art antérieur Il faut noter que, dans le monde physique, tout occupe du volume ou de l'espace. Une position dans un espace peut être définie par la longueur, la largeur et la hauteur qui, en termes d'ingénierie, sont souvent appelées des coordonnées X, Y, Z. Les nombres X, Y, Z représentent les dimensions de la longueur, de la largeur et de la hauteur, soit trois dimensions. Les objets tridimensionnels sont décrits en termes de position et d'orientation; autrement dit, non seulement o se trouve un objet, mais dans quelle direction il est orienté. L'orientation d'un objet dans l'espace peut être définie par la position de trois points sur cet 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 ternes, 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. FARO Technologies Inc., Lake Mary, Floride (détenteur de la présente invention) a réussi à produire une série de dispositifs de numérisation de type électro- goniomètre pour les domaines de la médecine et de l'industrie. Des dispositifs de type électro-goniomètre du type utilisé pour l'analyse du squelette et la chirurgie sont décrits dans le brevet américain n 4670851, 5 251 127 et 5 305 203, qui sont tous attribués au détenteur de la présente et repris ici par voie de référence. Des machines portables de mesure de coordonnées sont maintenant utilisées pour la mesure tridimensionnelle d'objets à des fins d'ingénierie inverse, d'inspection, etc. Un exemple d'un tel système portable de mesure de coordonnées est décrit dans le brevet américain n 5 402 582, qui est attribué au détenteur du présent dépôt et repris ici par voie de référence. Comme le montre la figure 1, le système de mesure tridimensionnel de l'art antérieur comprend généralement une machine de mesure de coordonnées composée d'un bras multiarticulé 12 actionné manuellement et d'une base support ou montant 14, un contrôleur ou boîtier série 16 et un ordinateur hôte 18. Il faut noter que la machine 10 de mesure de coordonnées communique électroniquement avec le boîtier série 16 qui, à son tour, communique électroniquement avec l'ordinateur hôte 18. Il faut noter que le nombre de boîtiers de transfert dépend du nombre de degrés de liberté qui sont nécessaires pour effectuer les mesures désirées avec la machine de mesure de coordonnées. Comme il sera expliqué plus en détail plus loin, la machine 10 de mesure de coordonnées comprend des transducteurs (par exemple un transducteur pour chaque degré de liberté) qui réunissent des informations de position de rotation et transmettent ces données de base au boîtier série 16. La machine 10 de mesure de coordonnées de l'art antérieur 10 comprend une base connectée à un bras de mesure qui comprend une pluralité de boîtiers de transfert. En ce qui concerne ces boîtiers de transfert, il faut noter que la transmission du mouvement de rotation à un transducteur de mesure de rotation nécessite l'utilisation d'un coupleur pour compenser des écarts d'alignement entre l'élément mobile et le transducteur de mesure. Se référant aux figures 2 et 3, le transducteur 80 de l'art antérieur est monté sur une plaque de montage universelle 82 pour se monter dans le boîtier de transfert 64. Des mesures de rotation de grande précision à l'aide de codeurs nécessitent qu'aucune charge ne s'applique sur les codeurs et que le mouvement du boîtier de transfert puisse être transmis avec précision au codeur malgré de faibles écarts d'alignement de l'axe du boîtier de transfert et de l'axe du codeur. Se référant maintenant aux figures 2 à 4 de l'art antérieur, les deux coupleurs à diaphragmes sont désignés par la référence 84 sur les figures. Les flèches repérées par "A" sur la figure 3 soulignent encore l'espace occupé par le coupleur 84 de l'art antérieur assemblé dans le bras 12. Il faut noter que la transmission du mouvement de rotation à un transducteur de mesure de rotation nécessite l'utilisation d'un coupleur pour compenser des écarts d'alignement entre l'élément mobile et le transducteur de mesure. Comme le montrent les figures 2 et 3, le transducteur 80 est monté sur une plaque de montage universelle 82 pour se monter dans le boîtier de transfert 64. L'arbre d'extension 86 est utilisé pour relier finalement le codeur 80 au boîtier de transfert. L'arbre 86 est fixé à un coupleur 84 et à l'extrémité du support 62 au niveau du vissage 74 à l'aide de vis à tête creuse 88, 90. Des mesures de rotation de grande précision à l'aide de codeurs 80 nécessitent qu'aucune charge ne s'applique sur les codeurs et que le mouvement du boîtier de transfert puisse être transmis avec précision au codeur malgré de faibles écarts d'alignement de l'axe du boîtier de transfert et de l'axe du codeur. Bien que le coupleur 84 utilisé dans les systèmes de mesure de coordonnées de l'art antérieur convienne bien à son usage destiné, il est toujours nécessaire d'accroître la précision et de réduire les coûts de ces coupleurs utilisés dans les machines de mesure de coordonnées. On ressent donc le besoin de développer des coupleurs plus précis et/ou moins coûteux utilisés dans les systèmes de mesures de coordonnées. Résumé de l'invention Les inconvénients et déficiences de l'art antérieur présentés ci- dessus, ainsi que d'autres, sont surmontés ou résolus par le coupleur sous forme de bande plate pour machines de mesure de coordonnées de la présente invention. Selon un aspect de l'invention, ce coupleur sous forme de bande plate comprend: une partie en forme de bande; et une pluralité d'éléments flexibles reliés à la partie en forme de bande. Selon un autre aspect de l'invention, ce coupleur sous forme de bande plate relie un élément rotatif à un dispositif de mesure, et comprend: une partie en forme de bande une première paire d'éléments flexibles reliés à la partie en forme de bande, et reliés à l'élément rotatif; et une deuxième paire d'éléments flexibles reliés à la partie en forme de bande, et reliés au dispositif de mesure. Selon un autre aspect de l'invention, ce coupleur sous forme de bande plate est destiné à être utilisé dans un bras multiarticulé transmettant un mouvement de rotation d'un élément rotatif à un dispositif de mesure, et comprend: une partie en forme de bande une première paire d'éléments flexibles reliés à la partie en forme de bande et reliés à l'élément rotatif; et une deuxième paire d'éléments flexibles reliés à la partie en forme de bande et reliés au dispositif de mesure. Comme mentionné, le coupleur de l'art antérieur du brevet américain n 5 402 582 est compensé pour les écarts d'alignement entre l'élément mobile et le transducteur mobile. Sans ces coupleurs, des forces importantes sont produites, qui induisent des erreurs dans la mesure du transducteur. L'art antérieur utilisait un coupleur à deux diaphragmes pour transmettre le mouvement de rotation entre la broche du boîtier de transfert et le transducteur. Selon la présente invention, le transducteur est monté à la place sur un coupleur composé d'une bande plate relativement mince et est relié directement au transducteur mobile. Le coupleur sous forme de bande plate fournit donc une monture flexible pour tenir compte de l'écart d'alignement entre le codeur et le boîtier de transfert tout en délivrant une transmission précise du mouvement de rotation entre les pièces. Le coupleur sous forme de bande flexible non lubrifiée se compose de pièces sans usure pour relier directement le boîtier de transfert à l'élément de mesure, établissant une liaison nettement plus fiable qui compense un écart d'alignement tout en réduisant les charges de choc. De plus, cette conception réduit également la longueur axiale de la combinaison du coupleur du boîtier de transfert et du codeur en employant le coupleur sous forme de bande relativement mince de la présente invention en liaison avec l'élément coupleur de l'art antérieur. Ainsi, cela permet à la longueur globale des bras de la machine de mesure de coordonnées d'être sensiblement plus compacte. Selon une caractéristique possible de l'invention, le coupleur sous forme de bande plate est globalement plan. Selon une autre caractéristique possible de l'invention, les éléments flexibles sont composés de parties formant ressort disposées en trajectoires de circuit. Selon une autre caractéristique possible de l'invention, les éléments flexibles comprennent des trous de montage en eux. Selon une autre caractéristique possible de l'invention, le coupleur sous forme de bande plate est composé d'un matériau métallique, d'une matière plastique ou d'un matériau composite renforcé de fibres. Selon une autre caractéristique possible de l'invention selon son deuxième ou son troisième aspect, la deuxième paire d'éléments flexibles est reliée à la partie en forme de bande par une paire de liaisons. Selon une autre caractéristique possible de l'invention selon son deuxième ou son troisième aspect, la deuxième paire d'éléments flexibles est fixée à une plaque de montage. Selon une autre caractéristique possible de l'invention selon son deuxième ou son troisième aspect, l'élément rotatif est un couplage de transfert d'un bras multiarticulé. Selon une autre caractéristique possible de l'invention selon son deuxième ou son troisième aspect, le dispositif de mesure est un codeur d'un bras multiarticulé. Les caractéristiques et avantages de la présente invention présentés cidessus, ainsi que d'autres, seront appréciés et compris par les personnes dotées de compétences ordinaires dans le domaine à partir de la discussion détaillée qui suit et des croquis. Brève description des croquis: Se référant maintenant aux croquis, dans lequel des éléments identiques sont numérotés de la même façon sur les diverses figures: La figure 1 est une vue de face schématique montrant une machine de mesure tridimensionnelle typique de l'art antérieur comprenant une machine de mesure de coordonnées, un boîtier contrôleur et un ordinateur hôte; La figure 2 est une vue en élévation de côté éclatée d'un boîtier de transfert utilisé dans la machine de mesure de coordonnées de l'art antérieur de la figure 1; La figure 3 est une vue en coupe de deux boîtiers de transfert assemblés, orientés transversalement, de la machine de mesure de coordonnées de l'art antérieur de la figure 1; La figure 4 est une vue prise le long de la ligne 4-4 de la figure 2 La figure 5 est une vue en plan d'un coupleur sous forme de bande plate selon la présente invention; La figure 6 est une vue de côté du coupleur sous forme de bande plate selon la présente invention; La figure 7 est une vue schématique en coupe d'un coupleur sous forme de bande plate montrant un boîtier de transfert et un codeur; La figure 8 est une vue prise le long de la ligne 8-8 de la figure 7 montrant un coupleur sous forme de bande plate et une plaque de montage universelle; et La figure 9 est une vue en plan d'un mode de réalisation alternatif d'un coupleur sous forme de bande plate. Description du mode de réalisation préféré Se référant d'abord à la figure 5, un coupleur sous forme de bande plate 200 destiné à être utilisé dans des machines de mesure de coordonnées selon la présente invention va être présenté en détail dans ce qui suit. Comme on le voit sur la figure 5, un coupleur sous forme de bande plate 200 est fondamentalement de configuration carrée (de préférence un peu plus d'un pouce carré), symétrique par rapport aux deux axes du plan définis par les lignes médianes 412, 414. Le coupleur sous forme de bande plate 200 comprend des éléments flexibles 420, 421 joints par des liaisons 422, 423 à une bande centrale 424 et qui sont placés de chaque côté de la ligne médiane 414, et comprend de plus des éléments flexibles 425, 426 placés de chaque côté de la ligne centrale 412. Les éléments flexibles comprennent des parties formant ressort 427 composées de bandes étroites de matière formée en des trajectoires de circuit. Le rayon intérieur à l'extrémité des parties formant ressort 427 est de préférence de 0,020 pouce, comme montré typiquement au point 429, et le rayon extérieur, montré typiquement au point 430, vaut de préférence 0, 060 pouce. D'autres rayons et longueurs de gorge sont considérés comme convenables tant qu'il s'agit de réduire les contraintes et de conserver la flexibilité du coupleur sous forme de bande plate 200. Le dégagement 431 au centre du coupleur sous forme de bande plate 200 a de préférence 0,500 pouce de diamètre afin de fournir un jeu suffisant pour l'arbre d'extension 222 (figure 7). Les éléments flexibles maximisent la faculté du coupleur sous forme de bande plate 200 à se déformer dans et hors du plan défini par les lignes médianes 412, 414 tout en transférant avec précision le couple et le mouvement de rotation, comme il sera expliqué plus en détail ci-dessous. Il faut noter de plus que les dimensions susmentionnées peuvent être facilement modifiées en fonction des besoins sans sortir en aucune manière de l'esprit et du cadre de l'invention. Réduire la longueur du couplage revêt une importance particulière pou la présente invention, et comme le montre la figure 6, l'épaisseur représentée par les flèches 428 du coupleur sous forme de bande plate dans le mode de réalisation représenté vaut de préférence 0,020 pouce. C'est en partie cette épaisseur de section relativement mince qui permet la réduction de l'espace occupé par le coupleur 84 de l'art antérieur une fois assemblé au bras 12 (figure 13). Le matériau préféré du mode de réalisation est de l'acier inoxydable écroui 301 ou 302, qui délivre une résistance extraordinaire pour une épaisseur 428 aussi faible. Naturellement, tout autre matériau approprié peut être choisi à la place, s'il satisfait aux paramètres de résistance et de déformation qui sont nécessaires pour obtenir des performances satisfaisantes du coupleur sous forme de bande 200, comme d'autres métaux à haute résistance, ainsi que certains matériaux plastiques et des composites renforcés de fibres. Le coupleur sous forme de bande plate 200 montré sur la figure 5 est montré ensuite monté sur un codeur 280 sur la figure 7, via une fixation à la plaque de montage universelle 201, comme le montre la figure 8. Dans le mode de réalisation représenté, des réceptacles de vis borgnes 400, 402 sont de préférence espacés sur une ligne médiane 414 de 1,024 pouce l'un de l'autre et montent le coupleur sous forme de bande plate sur le codeur 280 via des vis à tête creuse 90. Des pattes de montage 404, 406, qui ont des trous de montage de vis 408, 410, sont espacées de préférence sur la ligne médiane 412 à 1,63 pouce de distance l'une de l'autre pour mettre en prise le coupleur sous forme de bande plate avec la plaque de montage universelle 201 via des vis à tête creuse 204 et des écrous 205. À son tour, la plaque de montage universelle 201 fixe le codeur 280 sur le boîtier de transfert 264 via le coupleur sous forme de bande plate 200 à l'aide de vis à tête creuse 287 par l'intermédiaire de trous de montage 288. De cette manière, tout écart d'alignement entre l'axe du boîtier de transfert 264 et l'axe du codeur 280 est facilement compensé par déformation des parties formant ressort 427, tandis qu'un mouvement de rotation est transmis avec précision entre le boîtier de transfert et le codeur. Se référant maintenant à la figure 9, un mode de réalisation alternatif du coupleur sous forme de bande plate est repéré globalement par 250. Dans ce mode de réalisation, un coupleur sous forme de bande plate similaire au mode de réalisation décrit plus haut est combiné à une plaque de montage universelle. L'avantage de ce mode de réalisation particulier est que les pattes de montage 404, 406 et les vis borgnes 204 sont éliminées et remplacés par des parties de pattes 251, 252 qui relient les parties formant ressort 427 à la partie formant plaque de montage 253. Se référant aux figures 3 et 7, on peut voir facilement comment un espace important est économisé en substituant le coupleur sous forme de bande plate 200 selon la présente invention, représenté par la flèche "B" (figure 7), au couplage de l'art antérieur 84 (figure 3), représenté par la flèche "A". Ces économies d'espace réduisent le mouvement et la masse totale du boîtier de transfert individuel, produisant ainsi des économies de coût inhérentes, une réduction de la masse, ainsi qu'une diminution des forces transmises aux codeurs. Le résultat est une augmentation de la précision du transfert du mouvement de rotation entre le boîtier de transfert 264 et le codeur 280 en utilisant un nouveau coupleur sous forme de bande plate 200 à la place du couplage 84 de l'art antérieur, tout en conservant la capacité à corriger des écarts d'alignement entre les deux éléments. Tandis que des modes de réalisation préférés ont été illustrés et décrits, diverses modifications et substitutions peuvent y être apportées sans sortir du cadre et de l'esprit de l'invention. En conséquence, il va de soi que la présente invention a été décrite à titre d'illustration, non de limitation. REVENDICATIONS 1. Coupleur (200) sous forme de bande plate comprenant une partie (424) en forme de bande; et une pluralité d'éléments flexibles (420, 421, 425, 426) reliés à la partie (424) en forme de bande. 2. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 1, dans lequel le coupleur (200) sous forme de bande plate est globalement plan. 3. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 1, dans lequel les éléments flexibles (420, 421, 425, 426) sont composés de parties formant ressort (427) disposées en trajectoires de circuit. 4. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 1, dans lequel les éléments flexibles (420, 421, 425, 426) comprennent des trous de montage (400, 402, 408, 410) en eux. 5. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 1, dans lequel le coupleur (200) sous forme de bande plate est composé d'un matériau métallique, d'une matière plastique ou d'un matériau composite renforcé de fibres. 6. Coupleur sous forme de bande plate reliant un élément rotatif à un dispositif de mesure, le coupleur (200) sous forme de bande plate comprenant: une partie (424) en forme de bande une première paire d'éléments flexibles (425, 425) reliés à la partie en forme de bande, et reliés à l'élément rotatif; et une deuxième paire d'éléments flexibles (420, 421) reliés à la partie en forme de bande, et reliés au dispositif de mesure. 7. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 6, dans lequel le coupleur sous forme de bande plate est globalement plan. 8. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 6, dans lequel les éléments flexibles (420, 421, 425, 426) sont composés de parties formant ressort (427) disposées en trajectoires de circuit. 9. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 6, dans lequel les éléments flexibles (420, 421, 425, 426) comprennent des trous de montage (400, 402, 408, 410) en eux. 10. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 6, dans lequel le coupleur sous forme de bande plate est composé d'un matériau métallique, d'une matière plastique ou d'un matériau composite renforcé de fibres. 11. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 6, dans lequel la deuxième paire d'éléments flexibles (420, 421) est reliée à la partie (424) en forme de bande par une paire de liaisons (422, 423). 12. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 6, dans lequel la deuxième paire d'éléments flexibles (420, 421, 425, 426) est fixée à une plaque de montage. 13. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 6, dans lequel l'élément rotatif est un couplage de transfert d'un bras multiarticulé (12). 14. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 6, dans lequel le dispositif de mesure est un codeur (80) d'un bras multiarticulé (12). 15. Coupleur sous forme de bande plate destiné à être utilisé dans un bras multiarticulé (12) transmettant un mouvement de rotation d'un élément rotatif à un dispositif de mesure, le coupleur sous forme de bande plate comprenant: une partie (424) en forme de bande une première paire d'éléments flexibles (425, 426) reliés à la partie (424) en forme de bande et reliés à l'élément rotatif; et une deuxième paire d'éléments flexibles (420, 421) reliés à la partie (424) en forme de bande et reliés au dispositif de mesure. 16. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 15, dans lequel le coupleur sous forme de bande plate est globalement plan. 17. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 15, dans lequel la première paire et la deuxième paire d'éléments flexibles (420, 421, 425, 426) sont composés de parties formant ressort (427) disposées en trajectoires de circuit. 18. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 15, dans lequel la première paire et la deuxième paire d'éléments flexibles (420, 421, 425, 426) comprennent des trous de montage (400, 402, 408, 410) en eux. 19. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 15, dans lequel le coupleur sous forme de bande plate est composé d'un matériau métallique, d'une matière plastique ou d'un matériau composite renforcé de fibres. 20. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 1 5, dans lequel la deuxième paire d'éléments flexibles (420, 421) est reliée à la partie (424) en forme de bande par une paire de liaisons (422, 423). 21. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 15, dans lequel la deuxième paire d'éléments flexibles (420, 421) est fixée à une plaque de montage (201). 22. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 1 5, dans lequel l'élément rotatif est un couplage de transfert d'un bras io multiarticulé (12). 23. Coupleur sous forme de bande plate selon la revendication 1 5, dans lequel le dispositif de mesure est un codeur (80) d'un bras multiarticulé (12).