Brevet FR2811421A1 — publié le 20020111

Dispositif de mesure de dimensions comprenant une règle magnétique et procédé de fabrication d'une règle magnétique La présente invention concerne un dispositif de mesure de dimensions comprenant une règle magnétique ainsi qu'un procédé de fabrication d'une règle magnétique. La présente invention concerne en particulier une règle magnétique utilisée dans un dispositif de mesure de dimensions à électrodes magnétorésistives. On connaît déjà des calibres magnétorésistifs munis d'une règle magnétique. La demande de brevet W098/51990, à laquelle le lecteur se o référera utilement, décrit un exemple d'un tel calibre comprenant un capteur magnétorésistif apte à être déplacé en regard d'une règle qui s'étend sur toute la longueur du calibre. La règle décrite dans ce document est réalisée à partir d'un support en acier doux ou en verre recouvert d'une couche de ferrite à haute coercivité et magnétisée selon une direction15 horizontale avec une période X. Elle est par ailleurs recouverte d'une couche protectrice non magnétique réalisée à partir d'une feuille synthétique auto-adhésive munie d'une impression. Le coût de fabrication d'une telle règle est élevé et pourrait s'avérer prohibitif pour une utilisation dans un calibre de mesure de grande diffusion. Par ailleurs, un support en acier doux résiste mal à la corrosion, tandis qu'un support en verre est fragile et présente un coefficient de dilatation différent de celui de la perche du calibre. De surcroît, la couche de ferrite est difficile à faire adhérer sur le support et présente un coefficient de dilatation différent. Elle risque donc de se décoller lorsque le calibre est soumis à des variations de température importantes. Un but de la présente invention est donc de proposer un dispositif de mesure de dimension de type magnétorésistif muni d'une règle magnétique améliorée par rapport aux règles décrites dans l'art antérieur, en particulier une règle plus économique à fabriquer et apte à être utilisée sans dommage même dans un environnement difficile, notamment dans un environnement humide ou soumis aux chocs. 2 2811421 Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication amélioré d'une règle magnétique pour dispositif de mesure de dimensions de type magnétorésistif. Ces buts sont atteints selon l'invention au moyen d'un dispositif présentant les caractéristiques de l'invention. Ces buts sont en outre atteints au moyen d'un procédé selon l'invention. En particulier, ces buts sont atteints au moyen d'un dispositif de mesure de dimensions de type magnétorésistif, comprenant un capteur magnétorésistif et une règle magnétique, ledit capteur magnétorésistif pouvant être déplacé en regard de ladite règle, dans lequel la règle magnétique comprend un support métallique amagnétique sur lequel est appliqué un enduit chargé de particules magnétiques et comprenant une pluralité de sections successives magnétisées à saturation avec des directions opposées. Par enduit, on entend dans ce texte une matière généralement souple et élastique, adhérant par elle-même au support, et appliquée sous forme liquide ou éventuellement sous forme de poudre, I'application étant suivie d'une phase de séchage ou de solidification. La règle ainsi réalisée présente de bonnes qualités mécaniques, puisque le support est métallique. Dans une variante préférentielle, on utilisera un support constitué d'un alliage non ferreux constitué essentiellement de nickel et de cuivre ainsi que d'au moins un métal additionnel en quantité plus faible. Un tel alliage présente l'avantage d'être amagnétique et d'avoir un coefficient de dilatation proche de celui de l'acier utilisé pour la perche. L'enduit appliqué sur le support est élastique et s'adapte donc aux dilatations du support et de la règle, en sorte que la règle supporte des chocs thermiques importants sans déformations et sans dommages. L'ensemble de la règle est donc souple, ce qui permet une manutention aisée sans risque de dégradation, de fissure ou de cassure. Par rapport aux règles en matériaux hydrophiles, notamment en matériaux plastiques, cette règle résiste en outre bien aux atteintes dues à l'humidité et à l'environnement. En appliquant un enduit suffisamment épais, par exemple en plusieurs couches, on parvient à obtenir une amplitude du champ magnétique de la règle importante, permettant une mesure même avec des électrodes magnétorésistives placées à une distance importante de la règle. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un exemple préférentiel de réalisation de l'invention illustré par les figures annexées qui montrent: La figure 1 une vue en éclaté d'un calibre magnétorésistif. La figure 2 une coupe longitudinale schématique d'une portion de règle magnétique dans un calibre magnétorésistif. La figure 3 une coupe longitudinale montrant les différentes couches d'une portion de règle magnétique dans un calibre magnétorésistif selon l'invention. Les figures 4 à 11 des coupes transversales d'une règle magnétique au cours de la fabrication selon le procédé de l'invention. La figure 12 une coupe longitudinale d'une règle magnétique en cours de magnétisation selon le procédé de l'invention. Bien que la description qui suive concerne plus particulièrement le cas particulier d'un dispositif de mesure de dimensions constitué par un calibre magnétorésistif, l'homme du métier comprendra que l'invention peut aussi s'appliquer à d'autres types de dispositifs de mesure de dimensions longitudinales ou angulaires, notamment à des micromètres, à des comparateurs de dimension, etc., de type portable ou fixe. La figure 1 illustre en éclaté un calibre électronique portable selon la présente invention. La construction de tels calibres est connue et a été décrite par exemple dans la demande de brevet EP719999 au nom de la demanderesse, à laquelle le lecteur se référera utilement. Le calibre de l'invention comprend une perche 4 et un coulisseau i 1 apte à être déplacé longitudinalement le long de la perche. Le coulisseau est muni d'un bec mobile 10 tandis que la perche est équipée d'un bec fixe 40. Une règle 2 munie d'une succession de régions magnétisées est collée sur la perche 4. La règle 2 est de préférence munie d'une impression 220. Des moyens électroniques, indiqués de manière générale par la référence 11, permettent d'afficher sur l'affichage électronique à cristaux liquides 12 une indication dépendant de la distance entre les becs 10 et 40 du calibre. Ces moyens électroniques sont assemblés directement sur la plaque de circuit imprimé 115. Ils comprennent principalement un capteur magnétorésistif 112 assemblé sous la plaque de circuit imprimé 115 en regard de la règle magnétique 2. Le capteur 112 comporte un réseau formé d'un nombre important d'électrodes magnétorésistives organisées en groupes, la valeur des diverses résistances du réseau étant une fonction périodique de la position du coulisseau 1 le long de la perche 4. Le capteur peut par exemple être du type décrit dans l'un des documents de brevets déjà mentionnés DE4233331 ou US5386642 ou de préférence tel que décrit dans la demande EP0877228 au nom de la demanderesse et à laquelle le lecteur se référera utilement. Les moyens électroniques 11 comprennent en outre des moyens d'alimentation électrique autonome, dans l'exemple représenté une pile 110. La pile 110 est de préférence constituée par une pile plate au lithium et doit garantir plusieurs jours, de préférence même plusieurs mois de fonctionnement autonome au dispositif. Un circuit électronique intégré 113, de type ASIC, détermine à partir des valeurs de résistance des électrodes magnétorésistives sur le capteur 112 au moins un paramètre dépendant de la distance entre les becs 10 et 40; le circuit électronique 113 peut comprendre ou être connecté à un microcontrôleur qui commande l'affichage 12 pour afficher la distance mesurée. Les moyens électroniques 11 comprennent en outre de préférence un aimant de polarisation 114 monté sur la face supérieure du circuit imprimé 115, face au capteur 112. Les moyens électroniques 11 sont protégés par un boîtier o antichoc 13, des boutons 132 permettant de commander par exemple la mise en marche du calibre ou d'autres fonctions telles que remise à zéro, addition ou moyennage de mesures successives, etc.. Un connecteur optoélectronique sériel 133 est prévu comme interface entre le calibre 1 et des instruments extérieurs tels qu'imprimante, ordinateur personnel ou machine par exemple. Le capteur magnétorésistif 112 comporte un grand nombre d'électrodes magnétorésistives dont les dimensions sont choisies de manière à obtenir une grande résistance et donc de réduire la consom- mation électrique du capteur. Les différentes électrodes magnétorésistives sont disposées longitudinalement sur le capteur 112 de manière à occuper diverses positions de phase par rapport au champ magnétique généré par la règle 2. Le circuit électronique 113 détermine à l'aide de la valeur des différentes résistances magnétorésistives la position du coulisseau et affiche cette information sur l'affichage 12. La figure 2 illustre une vue schématique en coupe longitudinale d'une règle magnétique 2. La règle est constituée d'un substrat amagnétique 22 recouvert d'une couche magnétisée 21. Le capteur 112 peut se déplacer longitudinalement à une distance a au-dessus de la règle. La couche 21 comporte une pluralité de segments 210 de longueur >/2 magnétisés à saturation selon une direction horizontale avec des sens alternés. Une direction de magnétisation horizontale est avantageuse pour des systèmes de mesure à électrodes magnétorésistives; un support amagnétique permet d'éviter que les lignes de champ magnétique des segments 210 ne soient influencées et ne s'orientent verticalement, en particulier lors de la magnétisation de la règle. La figure 3 illustre une vue en coupe longitudinale montrant les s différentes couches d'une portion de règle magnétique 2 dans un calibre magnétorésistif selon l'invention. La règle 2 comporte un support métallique amagnétique 22 destiné avant tout à donner une solidité et une rigidité suffisante à la règle, afin d'éviter notamment qu'elle ne se déforme. L'épaisseur du support 22 est de préférence d'environ 200 gm. Dans une variante préférentielle, le support 22 est constitué d'un alliage non ferreux constitué essentiellement de nickel et de cuivre ainsi que d'au moins un métal additionnel en quantité plus faible. Un tel alliage présente l'avantage d'être rigoureusement amagnétique et d'obtenir une perméabilité magnétique inférieure à 1,005 par rapport au vide. Par ailleurs, il présente une résistance importante aux corrosions provoquées par de nombreux agents chimiques et physico-chimiques, et peut être usiné sans grande difficulté. Son coefficient de dilatation est compris entre 0,00001 et 0,000025 et est donc proche de celui de l'acier utilisé pour la perche 4, en sorte que l'ensemble perche-règle ne se déforme pas et ne se décolle pas même lorsqu'il est soumis à des variations de température importantes. La règle 2 se dilatant dans le même rapport que la perche 4 et que l'ensemble du calibre, cette combinaison permet une minimisation des erreurs dues à la dilatation du calibre lors de mesure à des températures différentes de 20 C. Par ailleurs, ce matériau permet une manutention du calibre aisée, sans risque de dégradation, de fissure ou de cassure, et permet d'éviter les déformations ou dégradations que subissent les matériaux plastiques ou hydrophiles dans un environnement humide. La règle 2 comporte en outre une couche magnétisée 21 consti- tuée d'un enduit chargé de particules magnétisées selon une direction horizontale et un sens alterné avec un pas k. L'épaisseur de la couche d'enduit 21 est suffisante pour provoquer une variation de résistance significative dans les électrodes magnétorésistives du capteur 112 placé à une distance a d'environ 500 gm. Des essais concluants ont été effectués dans le cadre de cette invention avec une épaisseur d'enduit de 1 10gm. Une couche intermédiaire 23 (pont d'accrochage) permet d'améliorer l'adhérence de l'enduit 21 sur le support 22. Une couche de protection 24 est de préférence appliquée sur l'enduit 21 et peut comporter un motif de règle permettant à l'utilisateur d'évaluer la position du calibre sans lire l'affichage 12. Les figures 4 à 12 illustrent de manière schématique différentes étapes successives du procédé de fabrication d'une règle magnétique 2 selon un exemple de l'invention. La règle est illustrée en coupe transversale sur les figures 4 à 11, puis en coupe longitudinale sur la figure 12. Le sup- port métallique amagnétique 22 dégraissé est disposé à plat sur la figure 4 afin de préparer l'application des différentes couches superposées. Dans une variante préférentielle de l'invention, le support 22 est déroulé en feuille continue à partir d'un rouleau non représenté. La largeur de la feuil- le correspond à plusieurs fois la largeur de règle (4 fois dans cet exemple), afin de sérigraphier en une seule opération plusieurs règles. La feuille peut par exemple être transportée sur des galets non représentés et positionnée par vacuum. Un traitement de surface est ensuite effectué sur la figure 5, afin de faciliter l'adhérence de l'enduit sur la surface supérieure du support. Le traitement peut par exemple être effectué à l'aide d'un disque ou d'un cylindre abrasif; dans une variante préférentielle, on utilisera un traitement chimique de décapage brillant, par exemple par traitement dans un bain d'acide sulfurique et de bichromate de sodium. Dans une variante, le support est acheté avec la face supérieure déjà traitée. Une première couche 23 est ensuite déposée par sérigraphie sur la surface supérieure du support 22 (figure 6). La première couche peut être constituée par un apprêt (pont d'accrochage) pur ou mélangé à l'enduit utilisé pour les couches suivantes. Cette couche est ensuite séchée au cours d'une opération de séchage non représentée, par exemple à l'air, en la chauffant ou en la soumettant aux ultra-violets, selon la nature chimique du produit utilisé. Une deuxième couche d'enduit 21 est ensuite appliquée par sérigraphie pardessus la première couche 23 (figure 7). La deuxième couche est constituée de préférence par un enduit liquide chargé de particules magnétiques et apte à adhérer par lui-même en séchant par-5 dessus la couche inférieure 23. Un champ magnétique B uniforme est de préférence appliqué avant séchage de l'enduit afin d'orienter les particules magnétiques dans la même direction préférentielle, assurant ainsi une meilleure homogénéité et une plus grande amplitude du champ magné- tique généré (figure 8). Comme pour la couche inférieure 23, la deuxième couche 21 peut être séchée par exemple à l'air, en la chauffant ou en la soumettant aux ultra-violets, selon la nature chimique de l'enduit utilisé. Les opérations des figures 7 et 8 sont ensuite répétées jusqu'à l'obtention de l'épaisseur désirée d'enduit illustrée sur la figure 9. Les particules magnétiques de chaque couche sont orientées à chaque fois dans i5 la même direction et dans le même sens au moyen d'un champ magnétique appliqué avant le séchage de chaque couche. L'épaisseur totale est de pré- férence contrôlée sur toute la surface des plaques au moyen de palpeurs. Un polissage de surface peut éventuellement être effectué par-dessus la dernière couche d'enduit afin d'assurer une épaisseur rigoureusement uni- forme et une intensité du champ magnétique constante sur toute la règle. Une couche de vernis protecteur 24 est ensuite de préférence sérigraphiée par-dessus l'enduit 21 (figure 11); la couche 24 comporte de préférence un motif décoratif ou une graduation. Sur la figure 11, la feuille de support 2 est découpée de manière à obtenir plusieurs règles, quatre dans l'exemple non limitatif illustré. Afin de ne laisser aucune bavure dans la couche magnétisée, on procédera de préférence à une découpe au laser ou éventuellement au jet d'eau. La découpe est de préférence effectuée dans le sens d'orientation des particules magnétiques afin d'éviter de retourner les particules proches de la zone de découpe. Au cours d'une opération non illustrée, les bandes de règle ainsi obtenues peuvent ensuite être découpées au laser ou par usinage à la ou aux longueurs utiles. On veillera de préférence en cas de découpe par usinage à éviter l'usage d'outils de coupes pouvant laisser des traces de5 matériel ferreux ou magnétique sur la règle. La règle 2 ainsi obtenue est ensuite magnétisée au cours de l'opération illustrée sur la figure 12 montrant une coupe longitudinale de la règle. La magnétisation est effectuée au moyen d'un dispositif de magnétisation 3 comportant une tête d'écriture 30 appliquant un champ magnétique intense sur la couche 21. La tête d'écriture se déplace longitudinalement relativement à la règle 2; le sens du courant appliqué à la tête d'écriture 30 est inversé à chaque fois que la tête a parcouru une distance 2/2, afin de créer des segments 210 de polarité alternée avec un pas kL. Une tête de lecture 31 est de préférence prévue afin de vérifier I5 l'intensité du champ magnétique généré par les sections 210 et de s'assurer qu'elles ont bien été magnétisées jusqu'à saturation. Les règles 2 ainsi obtenues sont fixées de préférence par collage ou au moyen d'un film adhésif double face sur la perche 4 du calibre. Dans une variante préférentielle de l'invention, la longueur des segments magnétiques 210 est variable sur la longueur de la règle 2, afin de corriger des erreurs de mesure systématique, notamment des erreurs dues à la déformation de la perche 4 et au pivotement du coulisseau 1 lorsque les becs 10, 40 s'appuient sur l'objet à mesurer. On utilisera de pré- férence pour chaque longueur de calibre prévue un pas de magnétisation variable différent. Pour des calibres de petite dimension, ou lorsque la correction des erreurs systématiques n'est pas primordiale, on pourra aussi utiliser un pas de magnétisation constant sur toute la longueur de la règle. L'homme du métier comprendra par ailleurs que le procédé revendiqué s'applique aussi à la fabrication de règles permettant une détermination absolue de la position. En particulier, il est possible de magnétiser au moyen du procédé revendiqué des règles magnétiques comportant une ou plusieurs séries parallèles de segments magnétiques de longueur variable et permettant une détermination absolue ou relative de la position du coulisseau 1 le long de la règle 2. L'utilisation d'un support métallique amagnétique constitué d'un alliage non ferreux constitué essentiellement de nickel et de cuivre ainsi que d'au moins un métal additionnel en quantité plus faible assure une rigidité mécanique optimale et évite une déformation de la règle après le codage, lors du montage dans la perche par exemple. Le coefficient de température proche de celui de l'acier utilisé pour la perche 4 permet en o outre une minimisation des erreurs dues à la dilatation du calibre lors de mesure à des températures différentes de 20 C. Par ailleurs, ce matériau permet une manutention du calibre aisée, sans risque de dégradation, de fissure ou de cassure, et permet d'éviter les déformations ou dégradations que subissent les matériaux plastiques ou hydrophiles dans un environnement humide. Les étapes du procédé illustré sur les figures 4 à 12 sont de préférence réalisées sur une seule machine. La feuille de support 2 est dans ce cas de préférence transportée par vacuum ou déroulée et positionée par vacuum entre différents postes de travail vers lesquels les différentes opérations décrites ci-dessus sont effectuées. La présente invention concerne également une telle machine capable d'appliquer plusieurs couches d'enduit chargé de particules magnétiques sur un support métallique 22, de découper ce support métallique et de le magnétiser de manière à obtenir une pluralité de sections successives 210 magnétisées à saturation avec des sens alternés, selon le procédé décrit ci-dessus. Revendications 1. Dispositif de mesure de dimensions de type magnétorésistif, comprenant un capteur magnétorésistif et une règle magnétique, ledit capteur magnétorésistif pouvant être déplacé en regard de ladite règle,5 ladite règle magnétique comprenant -Un support métallique amagnétique, -Un enduit chargé de particules magnétiques appliqué sur ledit support métallique et comprenant une pluralité de sections successives magnétisées à saturation avec des sens alternés, dans lequel ledit enduit a été appliqué en plusieurs couches successives par sérigraphie. 2. Dispositif de mesure de dimensions selon la revendication précédente, dans laquelle ledit support métallique amagnétique est constitué d'un alliage non ferreux constitué essentiellement de nickel et de cuivre ainsi que d'au moins un métal additionnel en quantité plus faible. 3. Dispositif de mesure de dimensions de type magnétorésistif, comprenant un capteur magnétorésistif et une règle magnétique, ledit capteur magnétorésistif pouvant être déplacé en regard de ladite règle, ladite règle magnétique comprenant -Un support métallique amagnétique, -Un enduit chargé de particules magnétiques appliqué sur ledit support métallique et comprenant une pluralité de sections successives magnétisées à saturation avec des sens alternés, dans laquelle ledit support métallique amagnétique est constitué d'un alliage non ferreux constitué essentiellement de nickel et de cuivre ainsi que d'au moins un métal additionnel en quantité plus faible 4. Dispositif de mesure de dimensions selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le coefficient de dilatation dudit support magnétique est compris entre 0,00001 et 0,000025. 5. Dispositif de mesure selon l'une des revendications précéden- tes, comprenant un pont d'accrochage entre ledit support et ledit enduit. 6. Dispositif de mesure selon l'une des revendications précé- dentes, comprenant une couche de protection appliquée par sérigraphie sur ledit enduit. 7. Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, comprenant une perche et un coulisseau, ledit capteur étant solidaire dudit coulisseau et ladite règle étant collée sur ladite perche 8. Dispositif de mesure selon l'une des revendications o précédentes, dans lequel le pas de magnétisation (;X) est constant sur toute la longueur de ladite règle. 9. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le pas de magnétisation (X) est variable sur la longueur de ladite règle de façon à corriger des erreurs de mesure systématiques. 10. Procédé de fabrication d'une règle magnétique pour dispositif de mesure de dimensions de type magnétorésistif, comprenant plusieurs étapes successives d'application par sérigraphie d'un enduit chargé de particules magnétiques sur un support métallique amagnétique et de séchage dudit enduit, jusqu'à l'obtention d'une épaisseur d'enduit supérieur à 0,05 millimètre, ainsi qu'une étape de magnétisation d'une pluralité de sections dudit enduit avec des sens de magnétisations successifs alternés. 1il. Procédé selon la revendication 10, comprenant une étape préalable de traitement de surface dudit support métallique de manière à améliorer l'adhérence dudit enduit sur ledit support. 12. Procédé selon l'une des revendications 10 à 11, dans lequel ladite première couche d'enduit est mélangée à un pont d'accrochage de manière à améliorer l'adhérence dudit enduit sur ledit support. 13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, dans lequel un champ magnétique constant est appliqué à chaque couche d'enduit avant séchage, de manière à orienter les particules magnétiques dans la même direction préférentielle. 14. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13, comportant une étape ultérieure de découpe dudit support en une pluralité de règles. 15. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ledit enduit est appliqué et magnétisé en continu sur un support métallique déroulé à partir d'une bobine. 16. Procédé selon l'une des revendications 10 à 15, dans lequel ladite règle est positionnée par vacuum entre les différentes opérations. 17. Procédé selon l'une des revendications 10 à 16, dans lequel ladite règle est magnétisée à saturation à l'aide d'une tête d'écriture magnétique en déplacement relatif par rapport à la règle, la direction de i magnétisation étant inversée périodiquement. 18. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le pas de magnétisation (X) est constant sur toute la longueur de ladite règle. 19. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le pas de magnétisation (X) est variable sur la longueur de ladite règle de façon à corriger des erreurs de mesure systématiques dues à la mécanique. 20. Machine de fabrication de règle magnétique permettant d'appliquer plusieurs couches d'enduit chargé de particules magnétiques sur un support métallique, de découper ce support métallique et de le magnétiser de manière à obtenir une pluralité de sections successives magnétisées à saturation avec des sens alternés, selon le procédé d'une des revendications 10 à 19.