Dispositif de repérage visuel et photoélectrique de la position d'un organe mobile,
pour machine-outil ou machine à mesurer
I1 existe diverses méthodes pour repérer la position d'un organe mobile sur une machine-outil. L'une de ces méthodes consiste à utiliser un dispositif d'observation optique d'une règle de précision portée par l'organe mobile. Certaines machines de haute précision, munies d'un tel dispositif d'observation optique, sont en outre équipées d'un dispositif de repérage automatique photoélectrique qui, en éliminant le facteur humain, permet un repérage très précis de la position de l'organe mobile et qui, de plus, est susceptible de commander un dispositif d'asservissement, par exemple un dispositif d'arrêt automatique de l'organe mobile dans une position déterminée.
La présente invention a pour objet un dispositif de repérage visuel et photoélectrique de la position d'un organe mobile pour machine-outil ou machine à mesurer, comprenant une règle graduée de précision et un système de projection projetant l'image d'un trait de cette règle, d'une part, sur un écran d'observation, en regard duquel un repère réglable est susceptible d'être déplacé et, d'autre part, sur un écran opaque solidaire dudit repère et muni d'une fente placée devant une cellule photoélectrique.
Ce dispositif est caractérisé par le fait qu'un miroir du système de projection est formé de deux parties, dont l'une est fixe et projette sur l'écran d'observation une partie de l'image d'un trait de la règle, tandis que l'autre partie dudit miroir est entraînée dans un mouvement oscillatoire régulier et projette sur l'écran opaque l'autre partie de l'image du trait de la règle en lui imprimant un mouvement de balayage, le tout étant agencé de telle façon que lors- que l'image sur l'écran d'observation coïncide avec ledit repère, le mouvement de balayage de la partie oscillante de l'image est centré sur la fente de l'écran opaque.
Le dessin annexé illustre, schématiquement et à titre d'exemple, une machine à pointer, équipée d'une forme d'exécution du dispositif selon l'invention.
La fig. 1 est une vue de profil de la machine à pointer.
La fig. 2 est une vue en coupe et à plus grande échelle, suivant la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en coupe partielle suivant la ligne III-III de la fig. 1.
La fig. 4 est une vue en coupe d'un détail à plus grande échelle suivant la ligne IV-IV de la fig. 2.
La fig. 5 est une vue perspective partielle de moyens de repérage optique du dispositif.
La fig. 6 est une vue perspective partielle de moyens de repérage photoélectrique du dispositif.
La fig. 7 est une vue en plan de moyens de balayage.
La fig. 8 illustre le schéma électrique des moyens de repérage photoélectrique.
La fig. 9 illustre le schéma électrique d'un dispositif d'arrêt automatique commandé par les moyens de repérage photoélectrique.
La machine à pointer représentée comprend un bâti 1, une table porte-pièce 2 susceptible de coulisser par rapport au bâti le long de glissières 3, et une broche porte-outil verticale 4 montée de ma nière à pouvoir coulisser le long d'une traverse horizontale 5 qui, elle-même, est susceptible de coulisser le long de glissières latérales 6. La table 2 porte un écrou e engagé sur une vis 7 tournant dans des paliers portés par le bâti et portant une roue dentée 8 reliée mécaniquement à un arbre 9 par un engrenage 10 et une vis sans fin 11. Cet arbre 9 est relié, d'une part, par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse V à un moteur M et, d'autre part, par l'intermédiaire d'un accouplement A à un organe d'actionnement manuel O. Un ressort r tend à maintenir hors d'engagement les deux parties de l'accouplement A.
La machine à pointer représentée est munie de moyens de repérage visuel de la position de la table 2. Ces moyens comportent, d'une part, un organe de mesure de précision constitué par une règle graduée 12 portée par la table 2 et, d'autre part, un système de projection P des traits de cette règle. Ce système de projection comprend une source lumineuse 14 éclairant la règle 12 par l'intermédiaire d'un condensateur 15, d"un miroir semi-transparent 16 et d'un objectif 13. Le faisceau lumineux réfléchi par la règle 12 est renvoyé par le miroir 16 et des miroirs 17 et 18 sur un écran d'observation 19.
L'image du trait de la règle 12 projetée sur cet écran 19 est observée au moyen d'un miroir 20.
Un chariot coulissant le long d'un guide 23 porte un repère 21, également visible dans l'écran d'observation. Les déplacements de ce chariot 22 sont commandés par un tambour divisé T. La division du tambour T se déplace en regard d'un vernier S. La position de la table 2 est déterminée par la coïncidence du repère 21 avec l'image d'un trait de la règle projetée sur l'écran d'observation 19. Des moyens de repérage optique de ce genre étant connus et équipant depuis de longues années des machines à pointer, il est inutile de décrire celui-ci plus en détail ici.
Les moyens de repérage photoélectrique comprennent une cellule photoélectrique 24 portée par le chariot 22 et disposée derrière un écran opaque 25 muni d'une fente 26. Une partie du faisceau de rayons renvoyés par le miroir 17 est projetée sur cet écran opaque 25. A cet effet, un miroir 1 8b disposé dans le plan du miroir 18 est porté par la partie mobile d'un moteur électrodynamique 36 représenté plus en détail par la fig. 7. Ce miroir 18b, actionné dans un mouvement oscillant régulier par ce moteur 36, renvoie une partie du faisceau de rayons sur un miroir 27 porté par le chariot 22 qui renvoie ce faisceau de rayons sur l'écran opaque 25.
Le moteur électrodynamique 36 comprend un support mobile 28 portant le miroir 18b et sur lequel est fixé un enroulement 29 disposé entre les pôles d'un aimant permanent 30 présentant la forme générale d'un fer à cheval et fixé rigidement au bâti 1.
Le support mobile 28 est porté élastiquement par cet aimant 30 au moyen de deux paires de lames flexibles 31 disposées en croix et fixées, d'une part, aux deux extrémités de ce support et, d'autre part, sur un bossage 32 de l'aimant 30.
La fente 26 de l'écran opaque 25 est disposée par rapport au repère mobile 21, de manière que, lorsque le miroir mobile est situé dans sa position médiane, c'est-à-dire dans le plan du miroir 18, et que l'image d'un trait de la règle graduée 12 projetée sur l'écran d'observation coïncide avec le repère 21, le miroir 27 réfléchisse la seconde partie de l'image de ce même trait de la règle 12 sur la fente 26.
Le fonctionnement de ces moyens de repérage photo électrique est le suivant:
Comme dans certains dispositifs d'observation et de repérage photoélectrique connus, le déplacement du chariot 22 à partir d'une position donnée, appelée position d'origine, afin d'amener le repère 21 en coïncidence avec l'image d'un trait de la règle, est obtenu par actionnement du tambour divisé T.
L'amplitude du déplacement angulaire de ce tambour constitue une mesure de la fraction de division de la règle graduée 12, correspondant à l'écart entre l'image du trait sur l'écran d'observation et la position d'origine du repère 21.
L'enroulement 29 placé dans le champ magnétique de l'aimant 30 est alimenté en courant alternatif et oscille à la fréquence de ce courant. Cet enroulement entraîne dans son mouvement le support 28 et, par conséquent, la partie mobile 18b du miroir 18. Ce mouvement d'oscillation imprime à la partie de l'image du trait reprise par le miroir mobile 18b un mouvement de va-et-vient régulier, de sorte que cette image balaie l'écran opaque 25.
Lorsque la position médiane de l'image du trait coïncide avec la fente 26, les intervalles de temps entre deux passages ; successifs de l'image du trait devant cette fente sont égaux entre eux, de sorte que le courant émis par la cellule photoélectrique 24 varie à intervalles de temps réguliers. Par contre, dès que cette position médiane est située à gauche ou à droite de la fente 26, les intervalles de temps entre les variations du courant émis par la cellule photoélectrique ne sont plus égaux, et l'inégalité de ces intervalles de temps est d'autant plus grande que l'écart entre la position médiane de l'image et la fente est plus grand. Cette inégalité constitue donc une mesure de l'écart entre le repère 21 et l'image du trait sur l'écran d'observation.
La fig. 8 illustre un appareil électronique permettant de rendre visible cette inégalité des intervalles de temps. Cet appareil, connu en lui-même, com porte un oscilloscope cathodique OC C alimenté par un bloc d'alimentation BA relié à une source de courant alternatif R. L'une 33 des paires de plaques de déviation de cet oscilloscope est reliée également à cette source R de courant alternatif, ainsi que l'enroulement 29 du moteur électrodynamique.
La cellule photoélectrique 24 est reliée à un amplificateur électronique A qui alimente un appareillage électronique E de type connu transformant les impul sions électriques de la cellule 24 en impulsions instantanées ou de très brève durée. Ces impulsions instantanées sont appliquées à la deuxième paire de plaques déviatrices 34 de l'oscilloscope cathodique.
Le spot lumineux de cet oscilloscope dessine sur l'écran fluorescent 35 de celui-ci un trait perpendiculaire à son mouvement de balayage imprimé par les plaques déviatrices 33 et dont la position par rapport à un repère est une mesure de l'écart de la position de la table 2 par rapport à la position désirée de celle-ci. Un appareil de lecture de ce genre étant décrit en détail dans le brevet suisse N 181171, il est inutile de décrire celui-ci plus en détail ici.
Cet appareil de lecture permet un contrôle très précis de la coïncidence du repère 21 avec l'image du trait de la règle 12 projetée sur l'écran d'observation 19. Cet appareil de lecture permet à l'opérateur de vérifier cette coïncidence de sa place de travail et à distance.
Dans une variante d'exécution, illustrée par la fig. 9, les signaux émis par la cellule photoélectrique 24 sont utilisés pour commander un arrêt automatique de l'organe mobile dans une position désirée.
La cellule photoélectrique 24 est reliée à l'amplificateur A qui alimente l'appareillage électronique E. Ce dernier est relié à un relais électronique
RE de type connu, sensible à l'égalité ou l'inégalité des impulsions instantanées provenant de l'appareillage E. Ce relais commande un interrupteur IP branché dans l'alimentation du moteur M et provoque l'ouverture de cet interrupteur lorsque les impulsions se succèdent à intervalles de temps réguliers, c'est-à-dire lorsque l'image du trait de la règle projetée sur l'écran d'observation coïncide avec le repère 21.