Brevet FR2837567A1 — publié le 20030926

, La présente invention concerne les machines de mesure de coordonnées tridimensionnelles et notamment les capteurs situés à l'extrémité de leur bras articulé. Un objet tridimensionnel est défini dans l'espace par sa position et son orientation. Une machine de mesure connue comporte un bras mobile avec une première et une seconde extrémités opposées, le bras comportant plusieurs joints mécaniques, chaque joint correspondant à un degré de liberté, chacun des joints comprenant un boîtier de transmission tournant pour contenir un transducteur (co- deur) de position, ce transducteur (codeur) produisant un signal de position. Une base supporte une première extré- mité du bras mobile et un capteur est fixé à sa seconde extrémité. Un circuit électronique sous forme d'une unité d' exploitation reçoit les signaux de position provenant des transducteurs pour produire une coordonnée numérique correspondant à la position du capteur dans un volume re- péré par un référentiel. Les machines les plus courantes comportent en gé néral six degrés successifs de liberté depuis la base jusqu'au capteur. Un tel bras forme avec son électronique associée un ensemble qu'il suffit de connecter à une uni- té de traitement des signaux ou système d'exploitation (par exemple un ordinateur personnel). Cet ensemble est en particulier remarquable en ce que tous les fils con ducteurs reliant les transducteurs à une alimentation et au système d'exploitation des signaux émis sont capotés dans chaque section du bras et dans les joints. I1 existe des machines comportant un degré de li berté supplémentaire. Ces machines sont cependant peu courantes et donc de prix élevé. Or, le besoin de ce sep- tième degré de liberté n'est pas systématique. Dans l'optique de satisfaire ce besoin marginal, l' invention a pour objet un capteur pour machine de me sure de coordonnées tridimensionnelles comportant une partie de sa fixation à l'extrémité d'un bras mobile et une partie active, distante de cette partie de fixation et, entre la partie active et la partie de fixation, un élément de liaison formant un joint mécanique à au moins un dogré de liberté. Grâce à un tel capteur, il est pos- sible de convertir une machine de mesure à cinq ou six axes, conventionnelle, en une machine à six ou sept axes, voire plus, et ce sans être contraint d'investir dans l'achat d'une machine spéciale peu courante et onéreuse. Le degré de liberté du joint incorporé dans le capteur peut être soit un degré de tranelation soit un degré de rotation. Dans un mode particulier de réalisation, le degré de liberté d'au moins un joint est limité à une pluralité de positions prédéterminées avec indexation de chacune d'elles. On s'est rendu compte en effet que dans certains cas il convenait simplement de pouvoir orienter la partie active du capteur par rapport à sa partie de fixation au bras pour satisfaire les besoins de mesure particuliers. Le joint mécanique comporte un codeur associé produisant un signal de position et des moyens de commu nication avec une unité de contrôle électronique apparte nant à la machine de mesure de coordonnces tridimension nelles. Il suffit, avec cette disposition, de prévoir une entrée/sortie supplémentaire dans l'unité électronique de contrôle, de traitement de signal et d'exploitation d'une machine conventionnelle pour prendre en compte le degré de liberté du capteur. De préférence, les moyens de com munication comportent un ensemble de circuits électroni ques embarqués dans le capteur, ces derniers servant à gérer le fonctionnement du capteur lui-même (par exemple une sonde RENISHAW), à gérer la communication entre le capteur et l'unité centrale de traitement, à gérer l'alimentation électrique du capteur si nécessaire, à constituer un compteur le cas échéant, à permettre l'envoi ou la réception des tops de mesure...). D'autres caractéristiques et avantages de l' invention ressortiront de la description donnée ci après de quelques exemples de réalisation. Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'une machine comprenant six degrés de liberté; - la figure 2 est une représentation schématique d'une première réalisation du capteur selon l'invention; - la figure 3 est une représentation schématique d'une seconde réalisation de ce capteur; - la figure 4 est une représentation schématique d'une troisième réalisation d'un capteur; - la figure 5 est une représentation schématique d'une quatrième réalisation de ce capteur. La machine de la figure 1 comporte un bras 1 avec : une première extrémité 2 et une seconde extrémité 3 for mant le support d'un capteur 4. Entre ses deux extrémités ce bras comporte six degrés de liberté (axes), en rota tion repérés par les flèches 5 à 10. Une unité informatique (électronique) de com mande, de traitement et d'exploitation de la machine de mesure est représentée en 11. Chacun des codeurs associé à un degré de liberté est relié à l'unité de traitement 11 par une liaison filaire 12 qui est intégrée à l'intérieur du bras. Le capteur 4 (sonde ou palpeur) est fixé par une partie 4a à l'extrémité 3 du bras 1 qui pos sède à cet effet une platine 3a de réception de cette partie 4a. Cette réception est réalisoe dans une position précise et connue de l'unité d'exploitation 11 de la ma chine. L'indexation des deux pièces 3a et 4a dans cette position précise est symbolisée par la coopération de vés et de cylindres connus en eux-mêmes. Le capteur 4 possède une partie d'extrémité active 4_ représentée ici sous la forme d'une sphère de palpage. La première réalisation d'un capteur selon l' invention représentée à la figure 2 est un palpeur A avec comme précédemment décrit une partie de fixation 4a et une partie active 4_ sous forme d'une petite sphère. Les parties 4a et 4_ sont relices par un élément de liaison qui comporte un joint mécanique d' articulation avec un degré de liberté de rotation autour d'un axe 13. Dans le cas de figure, l'élément de liaison comporte un boîtier 14 pourvu de paliers intérieurs pour un arbre lS, d' axe géométrique 13, solidaire d'un bras 16 portant en extrémité la sphère 4_ du palpeur. De manière connue en elle-même, le boîtier 14 renferme un codeur capable d'émettre des signaux représentatifs de la position rela tive de l'arbre 1S et du boîtier 14. Ces signaux, au moyen d'une électronique adaptée, avec alimentation exté- rieure ou intégrée (batterie si nécessaire) sont émis ici par un émetteur hertzien ou infrarouge 17 en direction d'une antenne 18 de l 'unité centrale 11 d' exploitation de la machine. On notera que l'organe émetteur 17 peut éga- lement comprendre un récepteur pour des instruct ions pro - venant de l'unité centrale 11 à partir d'une antenne émettrice telle que 18 (top de mesure, échange de données lors de la calibration de la machine équipée du capteur, 25...). Dans une variante non représentée, la liaison entre unité centrale 11 et capteur A de l' invention peut être réalisoe par un câble électrique. A la figure 3, on a représenté une variante de réalisation B du palpeur A de la figure 2. L'élément de liaison entre les parties 4a et 4_ de ce palpeur B com- prend le boîtier 14 déjà décrit avec un arbre 15 et un émetteur/récepteur 17. L'arbre 15 est relié en bout à une équerre 15a portant un second boîtier 18 qui permet, par crantage 19 ou tout autre moyen, de fixer une position relative parmi une pluralité de positions possibles, d'un arbre 20 sur lequel est immobilisé le bras 16, par rap port à l'équerre 15a. Un codeur, ou tout autre moyen équivalent, associé au boîtier 18 et à l'artre 20, est à même, au moyen d'un émetteur 21, de transmettre à l'unité 11 un signal significatif de la position d'indexation choisie. Dans une variante de réalisation plus simple, on peut repérer la position relative de l'ensemble 18, 20 par rapport à l'équerre 15a et rentrer manuellement cette position d'indexation dans l'unité au moyen d'un organe de saisie. On se dispenserait ainsi d'un moyen de commu nication tel que celui 21. Le capteur B selon l' invention est capteur avec deux dogrés de liberté (deux axes) dont un est limité à plusieurs positions prédéterminces. Une variante de réalisation consisterait à prévoir entre l'arbre 20 et l'équerre 15a une liberté de rotation sans limite comme entre le boîtier 14 et l'arbre 15. Le capteur de l' invention C représenté à la fi gure 4 comporte comme précédemment une partie de fixation 4a et une sphère de palpage 4_. Une liaison de ces deux éléments est réalisée au moyen d'un arbre 22 solidaire en rotation de la partie de liaison 4a et autour duquel un boîtier 23 peut tourner associé à un codeur. Ce boîtier 23 est solidaire du bâti 24 d'un capteur 25 du type RENISHAW qui porte à son extrémité la sphère de palpage 4_. L'ensemble du boîtier 23 et du bâti 24 du capteur sont réunis dans une enveloppe 26 qui enferme une carte de circuit électronique 27 de gestion locale de la partie active du capteur et de communication de l'unité centrale 11 avec d'une part l'électronique du codeur associé au boîtier 23 et 1'électronique associée au capteur RENISHAW 25. Le circuit électronique décentralisé 27 est relié à l'unité centrale 11 par un câble 28. Enfin, le capteur D représenté à la figure 5 est tel que, comme pour celui C, le boîtier 23 tourne par rapport à la partie de fixation 4a solidaire en rotation de l'axe 22 issu du boîtier 23. Un bâti 29 est solidaire du boîtier 23 et comporte par exemple une source lumi- neuse 30 émettant un faisceau laser plan 31 et une caméra 32 d'observation d'une scène 33 o le faisceau 31 vient en intersection avec l' objet à explorer. Une carte élec- tronique 34 assure la gestion locale de la source 30 de la caméra 32 et du codeur intégré au boîtier 23, cette carte électronique communiquant par exemple avec l'unité 11 au moyen d'un câble connectable au capteur par une prise 35. Dans les exemples de capteurs représentés aux fi- gures et décrits ci-dessus, les degrés de liberté illus- trés sont rotatifs. Ce n'est pas sortir de l' invention que de prévoir un degré de liberté en tranelation par exemple dans le cas de la figure 5 o, pour une applica- tion déterminée, il conviendrait d'éloigner ou de rappro- cher de manière mesurable le bâti 29 de la partie 4a de fixation du capteur au bras à cinq ou six axes de la ma- chine. REVENDI CAT IONS 1. Capteur pour machine de mesure de coordonnées tridimensionnelles comportant une partie (4a) de sa fixa tion à l'extrémité d'un bras mobile et une partie active (4_) distante de cette partie de fixation caractérisé en ce qu'il comporte un élément de liaison (14, 15, 16) en- tre la partie active (4b) et la partie de liaison (4a), formant un joint mécanique à au moins un degré de liber té. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le degré de liberté du joint est un degré de translation. 3. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le degré de liberté du joint est un degré de rotation. 4. Capteur selon lune quelconque des revendica : tions précédentes, caractérisé en ce que chaque degré de liberté du joint est limité à une pluralité de positions prédéterminées avec indexation de chacune d'elles. 5. Capteur selon l'une queleonque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le joint mécani- que comporte un codeur associé produisant un signal de position et des moyens de communication avec une unité de contrôle électronique appartenant à la machine de mesure de coordonnées tridimensionnelles. 6. Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de communication comportent un en- semble de circuits électroniques embarqués dans le cap