Brevet FR2847977A1 — publié le 20040604

La présente invention concerne un dispositif permettant de détecter et de corriger certaines erreurs de mesure d'un appareil de mesure de coordonnées d'un échantillon, du type utilisé dans le domaine de la profilométrie ou de la topographie pour obtenir des 5 informations relatives, par exemple, à la rugosité, l'ondulation, la forme, ou la planéité dudit échantillon. Par profilométrie, on entend dans la présente demande, le fait d'effectuer une série de mesures ponctuelles de coordonnées Z, ou incluant Z, notamment (X,Z) ou (X,Y,Z) ou (Z,T), en amenant un 10 échantillon et un système approprié de mesure à se déplacer l'un par rapport à l'autre (selon l'axe X). Tandis que par topographie on entend le fait d'effectuer une série de mesures ponctuelles de coordonnées Z., ou incluant Z, notamment (X,Y,Z) ou (Z,T), en amenant un échantillon et un système approprié de mesure à se déplacer l'un 15 par rapport à l'autre selon les axes X et Y. Les différentes mesures effectuées ainsi sont constamment parasitées par des erreurs qui sont soit répétables, à savoir systématiques et identiques d'une mesure à l'autre, soit non répétables. Les erreurs répétables sont notamment liées aux imperfections mécaniques intrinsèques des systèmes de déplacement, par exemple des défauts de rectitude des composants de guidage, lesdites imperfections pouvant provoquer une déviation systématique des trajectoires du système de mesure ou de l'échantillon par rapport 25 aux jeux d'axes utilisés. Les erreurs non répétables peuvent provenir à la fois des défauts intrinsèques du système de mesure, comme des vibrations mécaniques induites par le fonctionnement de l'appareil, ou au contraire de perturbations externes comme les vibrations du sol. Afin d'obtenir des mesures de coordonnées de l'échantillon les plus exactes possibles, il est indispensable de détecter les différents défauts du système, quel que soit leur caractère répétable ou non, afin de connaître la valeur des erreurs et la soustraire aux mesures elles- mêmes. Plusieurs dispositifs ou procédés aptes à détecter et corriger les erreurs de mesures précitées sont actuellement connus de l'homme de l'art. Certains d'entre eux prévoient par exemple d'utiliser un 5 échantillon calibré, avec lequel une première acquisition de mesures est réalisée pour déterminer et mémoriser l'ensemble des défauts et erreurs s'écartant dudit calibre. Une seconde acquisition est ensuite réalisée sur l'échantillon lui-même, sans pour autant que l'opération de calibrage ne soit 10 nécessairement à reconduire si plusieurs échantillons sont à mesurer. Puis, afin d'obtenir un résultat définitif exact, les erreurs mémorisées grâce au calibre sont soustraites de manière logicielle à la lecture réelle effectuée. Ainsi, les documents EP 0 365 747 ou EP 0 769 677, par exemple, décrivent des installations présentant des moyens mémoire aptes à stocker des valeurs enregistrées lors de la mesure de coordonnées sur un échantillon calibré, afin de les soustraire ensuite aux résultats obtenus sur les pièces elles-mêmes. On comprendra cependant aisément, que les dispositifs de ce type présentent de nombreux inconvénients, et notamment: - ils demandent d'importantes précautions de manipulation du calibre et si ce dernier est endommagé ou présente la moindre rayure, il devient immédiatement inutilisable, - l'opération de soustraction nécessite de connaître à tout instant la position absolue du système, x, y voire x, y, z même après une phase extinction/rallumage de la machine, - ces dispositifs s'avèrent non seulement inefficaces pour soustraire les erreurs non répétables, mais pire, susceptibles 30 d'augmenter l'importance de ces dernières, en réinjectant lors de la soustraction une partie au moins des erreurs nonrépétables entachant la mesure du calibre, dans le cas o elles ne pourraient pas être identifiées et supprimées en totalité pendant l'opération de mesure préliminaire du calibre. A cet effet, d'autres dispositifs ont pour objet de détecter et de corriger en temps réel les erreurs de mesures des appareils de profilométrie/topographie, c'est à dire que les erreurs sont gérées simultanément aux mesures, auxquelles elles sont automatiquement retranchées. On connaît un tel dispositif, par exemple du document DE 43 45 5 095 qui prévoit de déterminer à chaque instant la position exacte des moyens de mesure par rapport au jeu d'axes, grâce à des capteurs complémentaires qui détectent les déviations ou inclinaisons inappropriées des parties mobiles et envoient des signaux caractéristiques vers un terminal de traitement apte à exploiter ces 10 données pour l'obtention de mesures corrigées. Le document US 5 245 264 se rapporte à un autre dispositif permettant de tenir compte en temps réel d'éventuelles déviations des éléments mobiles de l'installation, au moyen d'un fil servant de référence de linéarité associé à un capteur de contrôle positionné 15 sur lesdits éléments mobiles. On peut encore citer un autre dispositif décrit dans le document EP 0 082 441 et qui comprend des moyens de mesure complémentaires, positionnés sur les parties mobiles de l'installation, et servant à capter des déviations de ces dernières 20 grâce à des moyens de référence situés sur les pièces sur lesquelles lesdites parties mobiles sont articulées. Lesdits moyens de mesure complémentaires transmettent vers une électronique dédiée ou un calculateur un signal de sortie qui est traité simultanément au signal de sortie des moyens de mesure de 25 coordonnées de l'échantillon pour corriger les erreurs et produire des mesures précises. Bien que couramment utilisés à l'heure actuelle, les dispositifs mettant en oeuvre des moyens de mesure complémentaires ne donnent cependant pas toujours entière satisfaction. En effet, la plupart d'entre eux reposent sur l'utilisation de nombreux moyens complémentaires, qui non seulement augmentent le cot des machines, mais les rendent en outre plus fragiles et délicates à manipuler, ce qui implique une mise en oeuvre par un opérateur expérimenté. Ainsi, le but de la présente invention est de proposer une solution à ces différents inconvénients à l'aide d'un nombre restreint de moyens additionnels, lesquels sont simples à utiliser tout en présentant une grande fiabilité, et n'entraînent en outre pas un surcot excessif de la machine qu'ils équipent. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif 5 permettant de détecter et de corriger les erreurs de mesures d'un appareil, de type apte à prélever des coordonnées sur un échantillon, comprenant au moins un capteur de mesures et une surface porte échantillon montés mobiles l'un par rapport à l'autre dans le sens d'axes X, ou X,Y ou X, Y, Z, et présentant au moins un 10 capteur de contrôle et un moyen de référence, et il se caractérise essentiellement en ce que ledit moyen de référence consiste en un plan de référence solidaire fixement de ladite surface porte échantillon, et en ce que ledit capteur de contrôle est prévu apte à réaliser des relevés de coordonnées sur ledit plan de référence, 15 ledit capteur de contrôle et ledit capteur de mesures étant positionnés à l'aplomb l'un de l'autre afin de repérer en temps réel les variations de position de ladite surface porte échantillon. Ainsi, selon un mode de réalisation particulier du dispositif selon l'invention, le capteur de contrôle est situé à la verticale 20 du capteur de mesures. Selon une caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, le plan de référence consiste en une plaque dont la planéité est suffisante pour être considérée comme parfaite, réalisée dans un matériau tel due du verre, de la céramique, ou du 25 métal. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, la même pièce est utilisée comme porte échantillon et plan de référence, une face servant de porte échantillon, la face opposée de plan de référence Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, le porte échantillon est muni d'un dispositif de blocage de l'échantillon, notamment magnétique ou par pinces ou par serrage. Selon un autre mode de réalisation du dispositif selon 35 l'invention, le plan de référence est configuré pour servir de surface porte échantillon, tandis qu'au moins trois capteurs de contrôle mesurent les variations de position du plan de référence en trois points différents de celui-ci afin de permettre de déterminer les variations de position dudit plan de référence à l'aplomb du capteur de mesure. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, quel que soit son mode de réalisation, il comprend une électronique de contrôle apte à traiter simultanément les signaux issus des capteurs de mesure et de contrôle, de sorte à produire des résultats corrigés en temps réel. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif selon l'invention, quel que soit son mode de réalisation, il comprend une électronique de contrôle apte à enregistrer simultanément les signaux issus des capteurs de mesure et de contrôle, de sorte à les traiter ultérieurement, soit par ladite 15 électronique, soit par une autre unité, notamment un ordinateur. Selon une autre caractéristique additionnelle des deux précédentes, l'un ou les deux signaux sont filtrés par des filtres notamment électroniques analogiques ou numériques, pouvant introduire une modification volontaire des fréquences et des 20 déphasages des signaux des deux capteurs, en vue d'améliorer la précision de la correction. Selon une caractéristique du dispositif, les capteurs de mesure et de contrôle sont du même type, notamment inductif ou optique. Selon une autre caractéristique du dispositif, les capteurs de mesure et de contrôle sont de types différents, notamment à contact et sans contact. Selon une autre caractéristique du dispositif, les capteurs sont ponctuels, c'est à dire mesurant une seule valeur à la fois. Selon une autre caractéristique du dispositif l'un des capteurs, ou plusieurs d'entre eux, ou la totalité est de technologie vectorielle, c'est-à-dire permettant de mesurer plusieurs points situés sur un même segment simultanément, ou matricielle c'est à dire permettant de mesurer plusieurs points 35 d'une même région simultanément, lesdites technologies vectorielles ou matricielles pouvant notamment être basées sur des micro-systèmes vectoriels ou matriciels, plus particulièrement des caméras CCD. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, se rapportant à des exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif. Dans le dessin annexé : - la figure 1 représente le schéma du principe de fonctionnement du dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente une vue schématique en perspective 10 d'un mode de réalisation du même dispositif, - la figure 3 représente un schéma d'un autre mode de réalisation du même dispositif. La présente invention concerne un dispositif permettant à une machine du type utilisé pour effectuer des mesures de profils 15 (profilométrie) et de surface (topographie), de produire des données améliorées plus précises possibles, par soustraction en temps réel ou différé, à la fois des erreurs répétables et non répétables. Les machines concernées par le dispositif selon l'invention comprennent de manière classique, tel que visible sur les 20 différentes figures, une surface porte échantillon 1 sur laquelle repose l'échantillon 2 à mesurer, ainsi que des moyens de mesure de coordonnées tels qu'au moins un capteur de mesures 3 de type avec ou sans contact. On peut voir par ailleurs sur la figure 2, que la surface porte échantillon 1 et les moyens de mesure sont prévus 25 aptes à coulisser l'un par rapport à l'autre selon l'axe x ou x, y, ou x, y, z et des mesures ponctuelles sont prises au fur et à mesure par le capteur de mesures 3 lors du déplacement de ce dernier par rapport à l'échantillon 2. En référence à toutes les figures, on peut voir que, selon 30 l'invention, la surface porte échantillon 1 est toujours solidaire du plan de référence 4 associé à au moins un capteur de contrôle 5. En illustration de cette solidarité, la même pièce peut être utilisée comme porte échantillon et plan de référence, une face servant de porte échantillon, la face opposée de plan de référence, 35 ladite pièce pouvant être notamment un parallélépipède, et pouvant également être constituée d'un seul bloc du même matériau ou au contraire d'un assemblage de matériaux identiques ou différents. Par ailleurs, dans les figures 1 et 2 on voit que le capteur de contrôle 5 est placé à la verticale du capteur de mesures 3, en 5 sorte d'effectuer des mesures directement à l'aplomb de celles effectuées par ce dernier. En référence maintenant à la figure 2, on peut voir, selon un mode de réalisation particulier, que la surface porte échantillon 1 est disposée au-dessus du plan de référence 4 et reliée à celui-ci 10 solidairement par l'intermédiaire de pilotis 6, en sorte de permettre un relevé de mesure de la surface de référence 4 par le capteur de contrôle 5 à la verticale du capteur de mesure 3. De plus, et en particulier si le système est utilisé dans une autre orientation que l'orientation préférée, le porte échantillon 15 est complété par un dispositif optionnel de blocage de l'échantillon. Ce dispositif permet de garantir la position de l'échantillon par rapport aux capteurs de mesure et de contrôle, notamment magnétique, par pince, par serrage. La plate-forme de mesure peut éventuellement être équipée non 20 plus seulement d'un seul capteur mesurant, mais de plusieurs, l'utilisation de ceux-ci étant alternée comme peuvent l'être par exemple les différents oculaires montés en barillet sur un microscope. Dans le cas d'un tel dispositif d'utilisation alternée de 25 plusieurs capteurs de mesure, voire d'un capteur avec un autre dispositif notamment une caméra, un mécanisme additionnel spécifique permettra de venir déplacer le capteur de mesure sélectionné à l'aplomb du capteur de contrôle, ou l'inverse, ledit dispositif pouvant être manuel, partiellement automatisé ou entièrement 30 automatisé. Ainsi, et puisque le plan de référence 4 et la surface porte échantillon 1 sont toujours solidaires, toutes les perturbations parasitaires qui pourraient affecter les mesures, sont prises en compte en temps réel et les corrections nécessaires peuvent être 35 immédiatement effectuées par une électronique appropriée 8. En fait, contrairement aux dispositifs de l'art antérieur, la présente invention permet de repérer exactement la disposition de la surface porte échantillon 1 et non pas la position du capteur de mesures 3. De manière particulièrement avantageuse, le plan de référence 4 est constitué d'une plaque de verre à la planéité pouvant être considérée comme parfaite, ou de tout autre matériau, métallique ou non, présentant des caractéristiques de planéité satisfaisantes. Selon une autre variante de mise en oeuvre, représentée sur la 10 figure 3, il peut être envisagé de ne pas utiliser de surface porte échantillon 1 et de placer l'échantillon directement sur le plan de référence 4, lequel est configuré à cet effet. D'autre part, dans ce cas de figure, le dispositif selon l'invention comprend au moins deux capteurs de contrôle pour une mesure de profilométrie et au 15 moins trois capteurs 51, 52, 53 pour une mesure de topographie, aptes à permettre de calculer les variations de position du plan de référence 4 à l'aplomb du capteur de mesure 3. Quel que soit le mode de réalisation mis en oeuvre, les mesures réalisées à la fois par le capteur de mesures 3 et le capteur de 20 contrôle 5 ou les capteurs de contrôle 51, 52, 53, sont traitées par une électronique de contrôle dédiée 8 ou par un ordinateur 7, ou les deux, comme cela apparaît sur la figure 2, la soustraction entre les deux signaux synchrones pouvant s'effectuer en temps réel ou en temps différé. Il est à noter que les différents capteurs de mesure et de contrôle mis en oeuvre dans un même dispositif peuvent être choisis tous du même type, ou encore de type différent, par exemple optique pour l'un et inductif pour l'autre. Ainsi, la présente invention parvient à apporter une solution 30 particulièrement appropriée aux problèmes des défauts de mesure dans le domaine de la profilométrie/topographie, et permet d'obtenir des résultats présentant un très haut degré de précision. De plus, grâce à la mise en oeuvre de moyens particulièrement simples et en nombre très restreint, la présente invention permet 35 également de proposer un dispositif n'augmentant que de manière négligeable le prix d'une machine de profilométrie/topographie, tout en en conservant la facilité et l'ergonomie d'utilisation, aucune opération ni précaution supplémentaire n'étant requise. Par ailleurs, bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle 5 n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de forme, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments, sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de détecter et de corriger les erreurs de mesures d'un appareil, de type apte à prélever des coordonnées sur un échantillon (2), comprenant au moins un capteur de mesure (3) et une surface porte échantillon (1) montés 5 coulissants l'un par rapport à l'autre dans le sens d'axes X, ou X,Y, ou X, Y, Z, et présentant au moins un capteur de contrôle (5; 51, 52, 53) et un moyen de référence, caractérisé en ce que ledit moyen de référence consiste en un plan de référence (4) solidaire fixement de ladite surface porte échantillon (1), et en ce que ledit 10 capteur de contrôle (5; 51, 52, 53) est prévu apte à réaliser des relevés de coordonnées sur ledit plan de référence (4), ledit capteur de contrôle et ledit capteur de mesures étant positionnés à l'aplomb l'un de l'autre afin de repérer en temps réel les variations de position de ladite surface porte échantillon(l). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan de référence (4) consiste en une plaque dont la planéité est suffisante pour être considérée comme parfaite, réalisée dans un matériau tel due du verre, de la céramique, ou du métal. 3. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en 20 ce que la surface porte échantillon (1) est solidarisée au plan de référence (4). 4. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la même pièce est utilisée comme porte échantillon (1) et plan de référence (4), une face servant de porte échantillon, la 25 face opposée de plan de référence. 5. Dispositif selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que le porte échantillon est muni d'un dispositif de blocage de l'échantillon, notamment magnétique ou par pinces ou par serrage. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 30 le plan de référence (4) est configuré pour servir de surface porte échantillon, tandis qu'au moins trois capteurs de contrôle (51, 52, 53) mesurent les variations de position du plan de référence en au moins trois points différents de celui-ci afin de permettre de déterminer les variations de position dudit plan de référence (4) à l'aplomb du capteur de mesure (3). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une électronique de contrôle (8) apte à enregistrer simultanément les signaux issus des capteurs de mesure et de contrôle, de sorte à les traiter ultérieurement, soit par ladite électronique, soit par une autre unité, notamment un ordinateur (7). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'un ou les deux signaux sont filtrés par des filtres, notamment électroniques analogiques ou numériques, aptes à introduire une modification volontaire des fréquences et des déphasages des signaux des deux capteurs, en vue d'améliorer la précision de la correction. 15 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les capteurs de mesure (3) et de contrôle (5; 51, 52, 53) sont de même type ou de type différent, notamment optique et inductif. 10. Dispositif selon les revendications précédentes, 20 caractérisé en ce qu'il est associé à un mécanisme additionnel spécifique permettant, en cas d'utilisation alternée de plusieurs capteurs de mesures, voire d'un capteur avec un autre dispositif, notamment une caméra, de venir déplacer le capteur de mesure sélectionné à l'aplomb du capteur de contrôle, ou l'inverse, ledit 25 dispositif pouvant être manuel, partiellement automatisé ou entièrement automatisé.