Procédé de centrage d'une pièce sur une machine-outil
et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé
La présente invention a pour objet un procédé de centrage d'une pièce sur une machine-outil et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On sait que dans le cas d'un contour circulaire parfait, la détermination du centre réel, c'est-à-dire du point équidistant de chaque point du contour, ne présente pas de difficultés ; on se sert d'un comparateur mécanique que l'on fixe au centre supposé et que l'on déplace jusqu'à ce que les différents rayons soient égaux.
Toutefois, dans le cas général où le contour n'est pas parfaitement circulaire, l'opérateur est obligé de procéder à une opération mentale en vue de chercher le centre d'un cercle parfait s'écartant le moins possible du contour examiné. La précision obtenue dépendra essentiellement de l'adresse de l'opérateur et l'opération de centrage peut tre longue s'il s'agit de déterminer le centre à quelques microns près. En plus, du fait que la mesure du rayon est basée essentiellement sur le contact du comparateur mécanique avec le contour en question, toute irrégularité de ce dernier, pouvant résulter d'un mauvais état de surface ou d'un encrassement de la surface, provoque des erreurs.
Un des buts de la présente invention est la réalisation d'un centrage sans contact, permettant d'évi- ter ces inconvénients.
Un autre aspect important du problème consi déré, consiste en ce que le travail en vue duquel on fait le centrage s'effectue avec rotation soit d'un outil, soit de la pièce elle-mme. Dans ces conditions, le centre de rotation ne coïncide pas forcément avec le centre déterminé au repos. L'expérience montre d'ailleurs que le centre de la partie tournante se déplace, notamment par suite d'un échauffement qui provoque des dilatations dissymétriques des paliers de roulement. La rotation tend, d'autre part, à modifier la position de l'axe de la partie tournante.
Ces déplacements sont de l'ordre de quelques microns pour les machines de haute qualité (pointeuses-aléseuses par exemple), de l'ordre de quelques dizaines de microns pour les machines courantes-de bonne qualité.
Un autre but de l'invention est par conséquent la réalisation d'un centrage dynamique, ce qui est impossible avec la technique du comparateur mécanique usuel.
Le centrage mécanique étant lent et exigeant l'intervention d'une personne qualifiée, l'invention vise à fournir un procédé de centrage susceptible d'tre mis en oeuvre de façon rapide et précise et utilisant un appareillage relativement simple et pouvant se prter aisément à un fonctionnement automatique.
Le procédé suivant l'invention, qui est un procédé de centrage d'une pièce sur une machine-outil, est caractérisé en ce qu'on dispose sur un organe tournant, en regard du contour de la pièce à centrer , un transducteur agencé de façon à délivrer un signal variant en fonction de la distance audit contour et en ce qu'on modifie la position relative de l'organe et de la pièce de manière à annuler la valeur moyenne des variations dudit signal sur un tour au moins.
Le dispositif selon l'invention, qui est un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus défini, est caractérisé en ce qu'il comporte, d'une part, un équipement émetteur de télémesure incorporé dans un manchon destiné à tre disposé en bout d'un arbre de la machine-outil, cet équipement comprenant un transducteur destiné à tre disposé en regard dudit contour et sensible à la distance de celui-ci, ledit équipement comprenant des moyens d'émission d'un signal asservi à la valeur du signal fourni par ledit transducteur et, d'autre part, un équipement fixe de détection agencé pour capter le signal asservi et pour délivrer une indication proportionnelle à ce signal.
L'indication ainsi obtenue peut facilement servir de base, ainsi qu'on le verra ci-après, à un centrage, soit manuel, soit automatique. Ce centrage sans contact, de très grande précision, pouvant tre assuré dynamiquement, c'est-à-dire pendant la rotation de la machine ou de la pièce, semble devoir rendre des services appréciables à l'industrie.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et se rapporte à un exemple de mise en oeuvre de ce procédé ainsi qu'à des variantes de cet exemple :
la fig. 1 est un schéma de principe relatif au centrage d'un alésage ;
la fig. 2 est un schéma similaire relatif au centrage d'un cylindre ;
la fig. 3 est un schéma-bloc de ladite forme d'exé- cution ;
la fig. 4 est une vue en coupe partielle d'un manchon de centrage que comprend ladite forme d'exé- cution ;
la fig. 5 est un schéma de l'équipement électronique de ce manchon ;
la fig. 6 est un schéma simplifié d'un générateur produisant un signal de référence.
Sur ces diverses figures, les mmes chiffres de référence désignent des éléments identiques ou équivalents.
Le schéma de principe de la fig. 1 est relatif au centrage d'un alésage 2 d'une pièce 3 par rapport à un arbre tournant 1 de machine ; dans ce cas, on a disposé en bout dudit arbre 1 un manchon conique 4 qui est équipé d'un palpeur (ou sonde) 5 constitué par une palette métallique portée en bout d'un bras radial 6 en regard de la surface 2. Cette palette en tournant, voit sa capacité varier par rapport à la masse (les pièces étant en effet toujours réunies à la masse) selon le rythme des variations du rayon
R de la surface 2 par rapport à l'axe géométrique
AA de l'arbre tournant 1. Le centrage est réalisé lorsque la variation de capacité intégrée sur un tour est nulle.
Il suffit de transformer cette variation de capacité en variation d'inclinaison d'un appareil de mesure ou en un signal de commande des moteurs de la table de la machine pour pouvoir effectuer un centrage parfait.
La fig. 2 est relative au centrage du contour extérieur 2'd'une pièce 3'par rapport à l'axe AA de la machine précédente, ce centrage se faisant au moyen d'une sonde 5'maintenue par un bras radial 6'du manchon 4 en regard et à proximité dudit contour 2'.
On va décrire maintenant en regard de la fig. 3 une installation de centrage, sur cette figure, on a représenté schématiquement en 1 l'arbre tournant de la machine dont il est question ci-dessus et en 15 la capacité variable de la sonde capacitive (5 ou 5') équipant le manchon conique 4 disposé en bout de cet arbre.
L'équipement électronique de ce manchon de centrage comporte un circuit oscillant 11 aux bornes duquel est branchée la capacité 15 et qui fait partie d'un oscillateur à transistor 12 débitant sur une antenne d'émission 13. L'oscillateur 12 comporte une alimentation autonome constituée par une pile qui est incorporée dans le manchon de mme que l'antenne d'émission 13.
On a constitué ainsi un petit émetteur radioélectrique à modulation de fréquence, la fréquence émise variant avec la capacité 15, c'est-à-dire avec l'entrefer de la sonde. Celle-ci constitue, en d'autres termes, un transducteur de mesure à capacité qui présente l'avantage d'opérer indifféremment avec tous les métaux, magnétiques ou non, et de pouvoir mme tre utilisé avec des matériaux non conducteurs présentant un revtement conducteur facile à réaliser par l'emploi d'une peinture conductrice par exemple. La sonde se réalise très facilement sous la forme d'une simple palette coulissante s'adaptant à tous les diamètres possibles, la distance de cette palette au contour n'ayant aucune influence sur le centrage ; seule la sensibilité change avec cette distance.
En pratique cette distance sera de l'ordre du milli- mètre.
On peut aussi envisager l'emploi d'une sonde capacitive pour le centrage d'alésages de pièces en matière isolante sans qu'il soit nécessaire de rendre celles-ci conductrices : une telle sonde pourra tre constituée par exemple par une armature métallique affleurant à la surface cylindrique d'un support isolant, cette armature étant entourée d'une enveloppe métallique disposée sur ladite surface et formant une contre-électrode mise à la masse ; la variation de la capacité aura lieu par l'influence plus ou moins grande du diélectrique de la pièce.
L'installation que l'on est en train de décrire comporte, d'autre part, un équipement de détection fixe destiné à tre placé dans le local de la machine, à quelques mètres de celle-ci. Cet équipement comporte une petite antenne de réception 21, du type fouet par exemple, un récepteur haute fréquence à large bande 22, un limiteur d'amplitude 23, un discriminateur de fréquence 24 et un amplificateur basse fréquence 25. Le signal délivré en 25 est proportionnel à la variation de capacité, donc proportionnel au rayon R (fig. 1) et sa fréquence dépend de la vitesse de l'arbre 1. La variation du gain de l'amplificateur 25 permet de modifier à volonté la sensibilité.
Au cas où l'on voudrait procéder à un centrage en faisant tourner l'arbre 1 très lentement, à la main par exemple, il suffirait de disposer à la sortie de l'amplificateur 25 un instrument indicateur 26 à zéro central et d'observer les déviations de l'aiguille de cet instrument en fonction de la position angulaire de l'arbre 1, un réglage de la fréquence d'accord du discriminateur 24 permettant de cadrer les déviations observées de part et d'autre du zéro. Le cadrage une fois effectué, l'observation des déviations permettrait un centrage par recherche d'un centre-moyen comme avec un comparateur mécanique, sans toutefois les inconvénients inhérents aux palpeurs mécaniques.
En faisant tourner l'arbre relativement rapidement, la position apparente de l'aiguille de l'ins- trument se stabiliserait à une position correspondant à la valeur moyenne du signal détecté et théoriquement il suffirait de modifier la position de la machine jusqu'à annulation de cette valeur moyenne.
Dans la pratique cependant, une telle opération pourrait conduire à des tâtonnements assez longs ; aussi décompose-t-on de préférence, le signal produit en deux indications orientées respectivement suivant les deux directions orthogonales (droitegauche et avant-arrière) de réglage mécanique de la machine.
Sur l'arbre tournant 1 de la machine (par exemple sur le bout libre) est branchée en permanence une machine électromagnétique 30 délivrant sur un fil 31x une tension alternative, par exemple sinusoi- dale, en phase avec les passages de la sonde en regard de la direction de réglage droite-gauche, soit x, de la machine, et sur un fil 31y une autre tension alternative similaire, mais synchronisée avec les passages de la sonde en regard de la direction de réglage avant-arrière, soit y, de la machine. Ce générateur peut tre par exemple un alternateur biphasé, un résolver, etc.
Ces deux signaux de référence sont appliqués, en mme temps que le signal de sortie de l'amplificateur 25, aux entrées correspondantes d'un double démodulateur synchrone 32 qui délivre, de manière bien connue en soi, sur deux sorties, deux signaux redressés proportionnels aux écarts de centrage suivant chacun des deux axes x et y. Ces deux signaux sont affichés respectivement sur deux appareils à
mesure 33x et 33y à zéro central ; il suffit alors d'agir dans le sens correct sur la manivelle de déplacement de la table correspondant à l'aiguille observée et d'annuler ainsi la déviation de cette dernière.
Cette action peut aussi s'effectuer automatiquement :
les signaux de sortie du démodulateur synchrone
sont alors amplifiés à cet effet en 34 et utilisés pour commander des servo-moteurs correspondants 35
montés sous la table de la machine et déplaçant cette dernière suivant les deux axes. Les arbres 37 de ces
moteurs pourront avantageusement, et de manière bien connue, comporter des dynamos tachymétriques 38 pour la stabilisation de l'asservissement.
Les moteurs 35 peuvent tre hydrauliques ou pneumatiques et tre commandés par des électrovalves. Ils peuvent, bien entendu, servir également à la commande volontaire de déplacements de la table et éventuellement mme à l'obtention d'un mouvement de va-et-vient automatique à vitesse réglable (fraisage plan).
Pour la commande manuelle, les deux servomoteurs 35x et 35y peuvent tre commutés, à l'aide d'un inverseur 39, de la sortie des amplificateurs 34 sur des organes de commande manuelle 40x 40y par exemple à leviers : un levier droite-gauche (x) et un levier avant-arrière (y). Ces leviers peuvent avantageusement tre placés à proximité des indicateurs correspondants 33 et leurs plans de déplacement disposés parallèlement à la direction du déplacement correspondant.
Ils peuvent, d'autre part, avantageusement capter, par exemple par l'intermé- diaire de rhéostats, ou potentiomètres, des tensions d'un sens ou l'autre et d'amplitudes croissantes avec celle de leurs déplacements à l'encontre de ressorts de rappel ; les vitesses de déplacement de la table peuvent tre rendues ainsi proportionnelles aux couples exercés sur les leviers et l'opérateur a l'impression de déplacer la table par les efforts qu'il exerce sur les leviers. Ceci permet une manoeuvre très aisée et progressive.
Une variante évidente consisterait à remplacer les leviers par des boutons-poussoirs à pression proportionnelle par exemple. La commande comportera, en outre, bien entendu, un système classique de sécu- rité par butées de fin de course. Dans le cas de la commande automatique, le mécanisme sera également à sécurité positive : l'arbre se déplacera toujours, par rapport à la pièce montée sur la table, dans un sens qui l'écarte de l'obstacle.
Suivant la forme des signaux de référence, on peut faire un centrage ponctuel correspondant à la mesure du comparateur mécanique en deux points seulement suivant les deux axes perpendiculaires, ou un centrage avec intégration comme décrit plus haut.
On peut envisager un centrage d'où résulte le moins de matériau à enlever pour aboutir à un cylindre, dans le cas de surfaces abîmées par exemple.
On peut également envisager une présentation visuelle des résultats, c'est-à-dire des signaux appliqués aux entrées des indicateurs 33x et 33y. On représentera alors par exemple le contour exploré sur l'écran d'un oscilloscope et on prévoira une grande amplification des écarts détectés par la sonde capacitive. On peut centrer ainsi visuellement avec facilité et une très grande précision ; une telle présentation montre en effet tous les défauts de surface, ovalisation, etc.
Les fig. 4 et 5 montrent une réalisation pratique du manchon à sonde capacitive des fig. 1 et 2.
La sonde 5 est branchée en parallèle avec le condensateur 41 d'un circuit oscillant dont l'élément inductif est constitué par l'inductance de l'antenne d'émission 13 elle-mme, inductance formée par un bobinage réalisé sur un bâtonnet de ferrite. Ce circuit est connecté entre la masse et le collecteur d'un transistor 42 lequel est connecté, d'autre part, par l'intermédiaire d'une self de choc 43 et d'une résistance 44 à une pile d'alimentation 45 de 3 volts par exemple. Le reste du montage de l'oscillateur-émetteur est classique et n'appelle pas d'autres commentaires du point de vue électronique.
L'ensemble est réalisé en pièces détachées miniature tenant dans un volume de la grandeur d'une boîte d'allumettes, à l'intérieur d'un boîtier de protection 50 en matière plastique dans la base 51 duquel coulisse la tige 6 de support de la palette de sonde ; ce boîtier se prolonge par un compartiment 52 de logement de la pile 45. Ce boîtier est maintenu en bout du cône 4 par une gaine métallique vissée 54, pourvue de volets de fermeture 55 en matière plastique disposés en regard de l'antenne 13 et percée au passage de la tige 6. Un bouchon vissé 56 permet un accès immédiat au compartiment 52 de la pile d'alimentation.
Un tel cône de mesure est très robuste et ne demande aucun entretien. On ne prévoit, en effet, pas d'interruption de fonctionnement de l'émetteur, lequel, malgré cela, fonctionne plusieurs mois avec la mme pile.
La fig. 6 montre le schéma de principe d'un gé- nérateur de signaux de référence qui peut remplacer le générateur électromagnétique 30 (fig. 3) : ce dernier est, rappelons-le, constitué par une machine tournante dont l'installation sur l'arbre tournant de la machine peut tre indésirable dans certains cas.
On a vu que l'émetteur de télémesure incorporé dans le manchon 4 comporte une antenne 13 à noyau magnétique placé en sens diamétral. Le générateur de la fig. 6 comprendra essentiellement deux antennes réceptrices identiques 61,62, également du type à noyau magnétique et placées dans le plan de l'antenne d'émission 13, parallèlement aux deux axes de référence x et y. Le champ rayonné par l'antenne d'émission tournante 13 étant directif et les deux antennes 61 et 62 étant sensibles à la composante magnétique seulement, les signaux captés permettront, après amplification dans un récepteur 63, de reconstituer les signaux de référence nécessaires pour les deux axes.
L'incertitude d'angle de 180 est réso- lue à l'aide d'une antenne non directive 64 du type fouet par exemple, par un système classique de levier de doute ménagé dans le récepteur 63.
L'expérience montre que l'indicateur de centrage décrit constitue un accessoire de mesure utile et d'un emploi agréable, que l'on peut disposer à volonté sur l'une ou l'autre machine d'un atelier. Ainsi, sur une semi-pointeuse de qualité, le centrage a pu tre fait par commande manuelle en quelques secondes.
La sensibilité était telle que la seule difficulté consistait à régler les manivelles de commande qui n'étaient pas assez démultipliées pour un réglage de micron en micron. On remarquait en outre l'avance saccadée de la table par bonds de 2 à 5 microns. La position de centrage a pu tre reproduite à plus ou moins 2 microns (erreur de lecture du mme ordre).
Un centrage au comparateur mécanique a été fait avant et après le centrage dynamique. La position mesurée ainsi après centrage dynamique coïncidait à deux microns près ; il y avait cependant un écart de huit microns avec la mesure à froid. On pouvait en conclure que l'axe se déplaçait de six microns environ quand les paliers étaient chauds ; aucun déséquilibre dû à une position différente en régime stable n'était décelable.
L'équipement décrit peut s'adapter immédiatement à l'automation ; on peut citer comme exemple d'utilisation la mise en place automatique (ou semiautomatique) d'une pièce sur une machine de transfert, la mise en opération de la machine pouvant tre asservie à la stabilisation des servo-moteurs de centrage (35, fig. 3) ou à l'annulation manuelle des écarts affichés (33x-33y).
On notera pour terminer que le transducteur jouant le rôle de détecteur de distance pourrait tre d'un autre type, par exemple un détecteur magnéti- que (avec variation de self-inductance ou d'amortissement) ou un détecteur à radiations nucléaires.
Method of centering a part on a machine tool
and device for implementing this method
The present invention relates to a method for centering a part on a machine tool and a device for implementing this method.
We know that in the case of a perfect circular contour, the determination of the real center, that is to say of the point equidistant from each point of the contour, does not present any difficulties; we use a mechanical comparator that we fix at the supposed center and that we move until the different radii are equal.
However, in the general case where the contour is not perfectly circular, the operator is obliged to carry out a mental operation in order to find the center of a perfect circle deviating as little as possible from the contour examined. The precision obtained will depend essentially on the address of the operator and the centering operation can be lengthy if it involves determining the center to within a few microns. In addition, since the measurement of the radius is based essentially on the contact of the mechanical comparator with the contour in question, any irregularity of the latter, which may result from a bad surface condition or from a fouling of the surface, causes errors.
One of the aims of the present invention is to achieve contactless centering, making it possible to avoid these drawbacks.
Another important aspect of the problem considered consists in the fact that the work for which the centering is done is carried out with rotation either of a tool or of the part itself. Under these conditions, the center of rotation does not necessarily coincide with the center determined at rest. Experience shows moreover that the center of the rotating part moves, in particular as a result of heating which causes asymmetric expansions of the rolling bearings. The rotation tends, on the other hand, to modify the position of the axis of the rotating part.
These displacements are of the order of a few microns for high quality machines (pointers-boring machines for example), of the order of a few tens of microns for current machines of good quality.
Another aim of the invention is consequently to achieve dynamic centering, which is impossible with the technique of the usual mechanical comparator.
The mechanical centering being slow and requiring the intervention of a qualified person, the invention aims to provide a centering method capable of being implemented in a rapid and precise manner and using a relatively simple apparatus which can easily lend itself to automatic operation.
The method according to the invention, which is a method of centering a part on a machine tool, is characterized in that there is placed on a rotating member, facing the contour of the part to be centered, a transducer arranged in so as to deliver a signal varying as a function of the distance from said contour and in that the relative position of the member and of the part is modified so as to cancel the average value of the variations of said signal over at least one revolution.
The device according to the invention, which is a device for implementing the method defined above, is characterized in that it comprises, on the one hand, a telemetry transmitter device incorporated in a sleeve intended to be placed. at the end of a shaft of the machine tool, this equipment comprising a transducer intended to be placed facing said contour and sensitive to the distance thereof, said equipment comprising means for transmitting a signal slaved to the value of the signal supplied by said transducer and, on the other hand, fixed detection equipment designed to pick up the slaved signal and to deliver an indication proportional to this signal.
The indication thus obtained can easily serve as a basis, as will be seen below, for centering, either manual or automatic. This contactless centering, of very high precision, which can be provided dynamically, that is to say during the rotation of the machine or of the part, seems to render appreciable services to industry.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the device for implementing the method according to the invention and relates to an example of implementation of this method as well as to variants. from this example:
fig. 1 is a block diagram relating to the centering of a bore;
fig. 2 is a similar diagram relating to the centering of a cylinder;
fig. 3 is a block diagram of said embodiment;
fig. 4 is a partial sectional view of a centering sleeve comprised in said embodiment;
fig. 5 is a diagram of the electronic equipment of this sleeve;
fig. 6 is a simplified diagram of a generator producing a reference signal.
In these various figures, the same reference numerals designate identical or equivalent elements.
The block diagram of fig. 1 relates to the centering of a bore 2 of a part 3 with respect to a rotating shaft 1 of a machine; in this case, a conical sleeve 4 is placed at the end of said shaft 1 which is equipped with a feeler (or probe) 5 consisting of a metal pallet carried at the end of a radial arm 6 facing the surface 2. This pallet while rotating, sees its capacity vary with respect to the mass (the parts being in fact always joined to the mass) according to the rhythm of the variations of the radius
R of surface 2 with respect to the geometric axis
AA of the rotating shaft 1. The centering is carried out when the variation in capacity integrated over a revolution is zero.
It suffices to transform this variation in capacity into a variation in inclination of a measuring device or into a signal for controlling the motors of the machine table in order to be able to carry out perfect centering.
Fig. 2 relates to the centering of the outer contour 2 ′ of a part 3 ′ with respect to the axis AA of the previous machine, this centering being done by means of a probe 5 ′ held by a radial arm 6 ′ of the sleeve 4 facing and close to said contour 2 '.
We will now describe with reference to FIG. 3 a centering installation, in this figure, there is shown schematically at 1 the rotating shaft of the machine referred to above and at 15 the variable capacity of the capacitive probe (5 or 5 ') fitted to the conical sleeve 4 arranged at the end of this tree.
The electronic equipment of this centering sleeve comprises an oscillating circuit 11 to the terminals of which the capacitor 15 is connected and which forms part of a transistor oscillator 12 delivering on a transmitting antenna 13. The oscillator 12 comprises an independent power supply. constituted by a battery which is incorporated in the sleeve like the transmitting antenna 13.
A small frequency-modulated radioelectric transmitter was thus formed, the transmitted frequency varying with the capacitor 15, that is to say with the air gap of the probe. This constitutes, in other words, a capacitance measurement transducer which has the advantage of operating indifferently with all metals, magnetic or not, and of even being able to be used with non-conductive materials having a conductive coating. easy to achieve by using a conductive paint for example. The probe is very easily produced in the form of a simple sliding pallet adapting to all possible diameters, the distance of this pallet from the contour having no influence on the centering; only the sensitivity changes with this distance.
In practice, this distance will be of the order of a millimeter.
It is also possible to envisage the use of a capacitive probe for centering the bores of parts made of insulating material without it being necessary to make them conductive: such a probe could be constituted, for example, by a metal frame flush with the surface. the cylindrical surface of an insulating support, this reinforcement being surrounded by a metal casing disposed on said surface and forming a grounded counter-electrode; the variation of the capacitance will take place by the greater or lesser influence of the dielectric of the part.
The installation which is being described comprises, on the other hand, fixed detection equipment intended to be placed in the room of the machine, a few meters from the latter. This equipment comprises a small reception antenna 21, of the whip type for example, a high-frequency broadband receiver 22, an amplitude limiter 23, a frequency discriminator 24 and a low-frequency amplifier 25. The signal delivered at 25 is proportional to the variation in capacitance, therefore proportional to the radius R (FIG. 1) and its frequency depends on the speed of the shaft 1. The variation in the gain of the amplifier 25 makes it possible to modify the sensitivity at will.
In the event that one wishes to carry out a centering by rotating the shaft 1 very slowly, by hand for example, it would suffice to place at the output of the amplifier 25 an indicator instrument 26 at central zero and observe the deviations of the needle of this instrument as a function of the angular position of the shaft 1, an adjustment of the tuning frequency of the discriminator 24 making it possible to adjust the deviations observed on either side of the zero. Once the framing has been carried out, the observation of the deviations would allow centering by searching for a center-mean as with a mechanical comparator, without however the drawbacks inherent in mechanical probes.
By rotating the shaft relatively quickly, the apparent position of the needle of the instrument would stabilize at a position corresponding to the average value of the signal detected and theoretically it would be sufficient to modify the position of the machine until it is canceled. of this average value.
In practice, however, such an operation could lead to rather long trial and error; also the signal produced is preferably broken down into two indications oriented respectively in the two orthogonal directions (right-left and front-rear) of mechanical adjustment of the machine.
On the rotating shaft 1 of the machine (for example on the free end) is permanently connected an electromagnetic machine 30 delivering on a wire 31x an alternating voltage, for example sinusoidal, in phase with the passages of the opposite probe. of the right-left adjustment direction, ie x, of the machine, and on a wire 31y another similar alternating voltage, but synchronized with the passages of the probe opposite the front-rear adjustment direction, ie y, of the machine. This generator can for example be a two-phase alternator, a resolver, etc.
These two reference signals are applied, at the same time as the output signal of amplifier 25, to the corresponding inputs of a double synchronous demodulator 32 which delivers, in a manner well known per se, on two outputs, two proportional rectified signals. the centering deviations along each of the two axes x and y. These two signals are displayed respectively on two devices to
measures 33x and 33y at central zero; it is then sufficient to act in the correct direction on the crank for moving the table corresponding to the observed needle and thus cancel the deviation of the latter.
This action can also be performed automatically:
the output signals of the synchronous demodulator
are then amplified for this purpose at 34 and used to control corresponding servomotors 35
mounted under the machine table and moving the latter along the two axes. Trees 37 of these
The motors may advantageously, and in a well-known manner, include tachometric dynamos 38 for stabilizing the servo-control.
The motors 35 can be hydraulic or pneumatic and can be controlled by solenoid valves. They can, of course, also be used for the voluntary control of movements of the table and possibly even for obtaining an automatic back and forth movement at adjustable speed (plane milling).
For manual control, the two servomotors 35x and 35y can be switched, using an inverter 39, from the output of the amplifiers 34 to manual control members 40x 40y, for example with levers: a right-left lever ( x) and a forward-backward lever (y). These levers can advantageously be placed close to the corresponding indicators 33 and their displacement planes arranged parallel to the direction of the corresponding displacement.
They can, on the other hand, advantageously pick up, for example by the intermediary of rheostats or potentiometers, voltages in one direction or the other and of increasing amplitudes with that of their movements against each other. return springs; the table displacement speeds can thus be made proportional to the torques exerted on the levers and the operator has the impression of moving the table by the forces he exerts on the levers. This allows a very easy and progressive maneuver.
An obvious variant would be to replace the levers with proportional pressure pushbuttons, for example. The control will also include, of course, a conventional safety system using end stops. In the case of automatic control, the mechanism will also have positive safety: the shaft will always move, in relation to the part mounted on the table, in a direction which moves it away from the obstacle.
Depending on the shape of the reference signals, it is possible to carry out a point centering corresponding to the measurement of the mechanical comparator at two points only along the two perpendicular axes, or a centering with integration as described above.
One can envision a centering which results in the least amount of material to be removed to end up with a cylinder, in the case of damaged surfaces for example.
It is also possible to envisage a visual presentation of the results, that is to say of the signals applied to the inputs of the indicators 33x and 33y. For example, the contour explored will then be represented on the screen of an oscilloscope and a large amplification of the deviations detected by the capacitive probe will be provided. It is thus possible to visually center with ease and very high precision; such a presentation indeed shows all the surface defects, ovality, etc.
Figs. 4 and 5 show a practical embodiment of the sleeve with a capacitive probe of FIGS. 1 and 2.
The probe 5 is connected in parallel with the capacitor 41 of an oscillating circuit, the inductive element of which is constituted by the inductance of the transmitting antenna 13 itself, inductance formed by a coil produced on a ferrite rod. . This circuit is connected between the mass and the collector of a transistor 42 which is connected, on the other hand, by the intermediary of a shock inductor 43 and a resistor 44 to a supply battery 45 of 3 volts for example. The rest of the oscillator-transmitter assembly is classic and calls for no further comment from the electronic point of view.
The assembly is produced in miniature spare parts that fit into a volume the size of a matchbox, inside a protective plastic housing 50 in the base 51 of which slides the rod 6 of the probe pallet; this box is extended by a compartment 52 for housing the battery 45. This box is held at the end of the cone 4 by a screwed metal sheath 54, provided with plastic closing flaps 55 arranged opposite the antenna 13 and pierced the passage of the rod 6. A screw cap 56 allows immediate access to the compartment 52 of the supply battery.
Such a measuring cone is very robust and requires no maintenance. In fact, no interruption in the operation of the transmitter is provided, which, despite this, operates for several months with the same battery.
Fig. 6 shows the block diagram of a reference signal generator which can replace the electromagnetic generator 30 (fig. 3): the latter is, let us remember, made up of a rotating machine whose installation on the shaft turning the machine may be undesirable in some cases.
We have seen that the telemetry transmitter incorporated in the sleeve 4 comprises an antenna 13 with a magnetic core placed in the diametral direction. The generator of FIG. 6 will essentially comprise two identical receiving antennas 61, 62, also of the type with a magnetic core and placed in the plane of the transmitting antenna 13, parallel to the two reference axes x and y. The field radiated by the rotating transmitting antenna 13 being directional and the two antennas 61 and 62 being sensitive to the magnetic component only, the signals picked up will make it possible, after amplification in a receiver 63, to reconstitute the reference signals necessary for them. two axes.
The angle uncertainty of 180 is resolved using a non-directive antenna 64 of the whip type for example, by a conventional system of doubt lever provided in the receiver 63.
Experience shows that the centering indicator described constitutes a useful measuring accessory and pleasant to use, which can be placed at will on either machine in a workshop. Thus, on a quality semi-pointing machine, centering could be done by manual control in a few seconds.
The sensitivity was such that the only difficulty was to adjust the control cranks which were not sufficiently geared for an adjustment from micron to micron. We also noticed the jerky advance of the table in jumps of 2 to 5 microns. The centering position could be reproduced to plus or minus 2 microns (reading error of the same order).
A mechanical comparator centering was done before and after the dynamic centering. The position measured in this way after dynamic centering coincided to within two microns; however, there was an eight micron deviation from the cold measurement. It could be concluded that the axis moved about six microns when the bearings were hot; no imbalance due to a different steady state position was detectable.
The equipment described can be immediately adapted to automation; as an example of use, one can cite the automatic (or semi-automatic) positioning of a part on a transfer machine, the operation of the machine being able to be slaved to the stabilization of the centering servomotors (35, fig. 3) or manual cancellation of the displayed deviations (33x-33y).
Finally, it will be noted that the transducer playing the role of distance detector could be of another type, for example a magnetic detector (with variation of self-inductance or of damping) or a nuclear radiation detector.