Palpeur optique
La présente invention a pour objet un palpeur optique.
Divers dispositifs optiques ont déjà été proposés et réalisés pour remplacer les palpeurs mécaniques, sujets à l'usure et au jeu des pièces mobiles, et dont les dimensions, finies, rendent malaisée la mesure de pièces présentant des formes complexes.
On connaît en particulier des palpeurs optiques dans lesquels est observée une image fournie par la surface de la pièce à mesurer, par exemple des stries tracées sur elle. L'inconvénient générique de ces dispositifs réside dans le fait qu'il est nécessaire que la surface de la pièce à mesurer puisse fournir ladite image.
De tels dispositifs peuvent utiliser des microscopes dont la profondeur de champ est très faible, de manière que la mise au point de l'image de la surface permette des mesures à + 2 llm près. Ce genre de dispositifs est astreignant pour la vue, et, la mise au point nécessitant d'aller au-delà et en deça du point exact, la mesure n'est pas très rapide.
On a également utilisé des microscopes binoculaires stéréoscopiques permettant de déterminer la distance à laquelle se trouve une surface par sa coïncidence en profondeur avec des repères gravés sur des réticules. La précision de ce dispositif est tributaire des aptitudes à la vision stéréoscopique de l'opérateur, aptitudes variant largement d'un individu à l'autre.
Dans une variété connue de microscopes à faible profondeur de champ, L'image de la surface est dédoublée en deux directions différentes au moyen d'un système de lentilles à surfaces réfléchissantes concaves et convexes, puis les deux images sont réunies au moyen d'un prisme. L'effet de la mise au point est alors accentué par la coïncidence des images. Si la surface à palper est oblique par rapport à la direction de mesure, c'est-à-dire par rapport à la bissectrice de l'angle que forment les axes de vision des deux images, celles-ci ne sont pas semblables, du fait qu'elles sont vues dans deux directions différentes, de sorte que leur mise en coïncidence est difficile, voire impossible lorsqu'elles ne sont pas superposables.
Comme cela a été dit, tous les dispositifs susmentionnés nécessitent que la surface de la pièce à observer soit apte à fournir une image.
Dans d'autres types de palpeurs optiques, on projette un repère sur la surface de la pièce à mesurer, et l'on observe l'image réfléchie de ce repère.
De tels dispositifs nécessitent que la surface de la pièce à mesurer soit apte à réfléchir le repère, de sorte qu'ils sont inutilisables avec des surfaces courbes, fortement inclinées ou mates, à fortiori avec des surfaces noires.
Dans certains de ces dispositifs, on utilise la projection oblique d'un repère sur la surface, l'image réfléchie du repère étant observée au moyen d'une lunette dont l'axe forme un certain angle avec la direction de projection. La mise au point consiste à amener l'image réfléchie à coïncider avec l'axe d'observation. La précision d'un tel dispositif est très fortement influencée par l'angle que forme la surface de la pièce à mesurer avec la direction de projection, même si celle-ci et la direction d'observation sont symétriques par rapport à la perpendiculaire à la surface.
Dans une variante, le repère est projeté alternativement dans deux directions différentes, au moyen d'un obturateur oscillant ou tournant, et observé dans l'axe de mesure au moyen d'un miroir semiréfléchissant. En pratique, un tel dispositif exige des moyens photoélectriques d'observation et, comme le précédent, il est limité à l'observation des surfaces réfléchissantes.
Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients susmentionnés. Le palpeur suivant l'invention permet en particulier la mesure de pièces présentant une surface courbe ou mate, voire noire, et sa précision est peu affectée par l'angle de cette surface avec l'axe de mesure.
Ce palpeur optique est caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif de projection, dans l'axe de mesure, d'un repère sur la surface à mesurer et un dispositif d'observation, selon deux directions symétriques par rapport à l'axe de mesure, du repère projeté, ce dispositif d'observation comprenant luimême des moyens destinés à réunir les images du repère projeté dans un objectif unique.
-Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe axiale d'un palpeur optique.
La fig. 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la fig. 1, et
les fig. 4 et 5 représentent schématiquement les images apparaissant dans l'oculaire du palpeur, dans deux positions différentes de ce dernier par rapport à la surface de la pièce à mesurer.
Le palpeur représenté est monté sur une tête porte-palpeur 1 coulissant sur une coulisse verticale 2 de la machine qu'il équipe. La hauteur de la tête porte-palpeur 1 sur la coulisse 2 peut être relevée à l'aide d'échelles graduées, non représentées, que comporte la machine. La table de cette dernière, destinée à porter la pièce à mesurer, située au-dessous du palpeur, est désignée par 3.
Le palpeur comprend un corps tubulaire 4, monté dans la tête porte-palpeur 1, muni, à sa partie supérieure, d'un boîtier 5 et, à sa partie inférieure, d'un bâti 6, ce dernier présentant une partie tubulaire 6a, engagée sur l'extrémité du tube 4, et un prolongement latéral 6b percé d'un passage cylindrique 7, oblique par rapport à l'axe du tube 4. Cette partie 6b porte, fixée par des vis 8, une pièce en matière thermiquement isolante 9, supportant elle-même, fixée par des vis 10, une tête munie d'ailettes de refroidissement 11. Cette dernière enferme une ampoule électrique 12 alimentée par un câble électrique 13. Grâce à la présence de la matière thermiquement isolante de la pièce 9 et aux ailettes de la pièce 11, la chaleur dégagée par l'ampoule 12 est diffusée par la pièce 11, sans réchauffer sensiblement le reste du palpeur optique.
La lumière provenant de l'ampoule 12 traverse un condenseur 14 et éclaire un réticule 15 constitué par un diaphragme percé d'une ouverture en forme de croix. I1 se produit ainsi une croix lumineuse qui est projetée sur la pièce à mesurer, où se matérialise son image. Cette projection est faite par des lentilles, schématiquement représentées, désignées par 16 et 17. Ces lentilles. de même que le réticule 15 et le condenseur 14, sont montés dans l'alésage 7, dont l'axe est désigné par 18.
La partie 6a du support porte, à son extrémité inférieure, une bague 19 fixée par des vis 20, percée d'un trou central 21 situé dans l'axe de mesure, désigné par 22, coïncidant avec l'axe de la partie tubulaire 4 (fig. 1). La bague 19 enferme un miroir incliné 23 collé sur un support 24 fixé dans la bague par des vis 25 et 26. Le plan du miroir 23 est perpendiculaire à la bissectrice 27 de l'angle formé par les axes 18 et 22 de l'alésage 7 du tube 4.
Grâce à cette disposition, l'image de la croix lumineuse est projetée en 28 sur la pièce à mesurer, désignée par 29, reposant sur la table 3. Il est à remarquer que, cette image étant réelle, la pièce 29 n'a pas besoin d'être réfléchissante pour qu'elle puisse être observée.
La bague 19 porte, collés à deux supports en forme d'équerre 30 et 31, deux prismes 32, respectivement 33 ; la position de chacun de ces derniers est réglée à l'aide de deux vis 34 et 35 (fig. 2 et 3).
Comme le montre la fig. 2, les surfaces réfléchissantes de ces deux prismes, à savoir les surfaces 32a et 33n d'une part, et 32b et 33b d'autre part, sont disposées symétriquement par rapport à l'axe de mesure 22. Les prismes sont en contact l'un avec l'autre par une de leurs faces latérales, I'axe de mesure 22 passant par le plan commun de contact; ce dernier est en outre perpendiculaire au plan formé par les axes 18 et 22.
Ces deux prismes 32 et 33 reprennent la projection de la croix 28 sur la surface de la pièce suivant deux axes optiques 36 et 37 respectivement, et la dirigent parallèlement à l'axe de mesure 22. Les deux images passent par un objectif unique 38, fixé à l'extrémité du tube 4, et sont conduites jusqu'à l'oculaire du palpeur, désigné par 39 (fig. 1), porté par la tête 5, en passant par un prisme 40 fixé, par des plaquettes 41, à un support 42, lui-même porté par la tête 5.
Ainsi, deux images du repère lumineux, à savoir de la croix lumineuse 28, observées selon deux directions symétriques par rapport à l'axe de mesure, sont fournies par un dispositif d'observation unique.
L'image apparaissant dans l'oculaire 39 est représentée dans les fig. 4 et 5 : lorsque le palpeur optique se trouve placé à une distance de la pièce à observer telle que le repère lumineux 28 se trouve au point d'intersection des axes optiques 36 et 37 (c'est le cas lorsqu'il se trouve dans le plan 43 représenté dans la fig. 2), les deux images de cette croix lumineuse, fournies par les deux prismes 32 et 33, représentées en 28a et 28b, respectivement, dans la fig. 4, sont exactement superposées. Lorsque au contraire, le repère lumineux 28 se trouve placé hors du point d'intersection des axes optiques 36 et 37 ( & est le cas lorsqu'il se trouve par exemple dans le plan représenté en 44 dans la fig. 2), les deux images 28a et 28b sont décalées l'une par rapport à l'autre.
La mise au point de l'appareil est donc des plus faciles puisqu'il suffit, en déplaçant le support 1 le long de la coulisse 2, d'amener les deux images 28a et 28b de la croix lumineuse 28 à se superposer exactement.
Cette mise au point se fait pratiquement indépendamment des aptitudes de l'observateur; elle peut être très précise, et ne nécessite pas, comme cela a été dit, que la surface de la pièce à observer soit réfléchissante. De plus, sa précision n'est que peu influencée par l'angle que forme la surface de la pièce à observer avec l'axe de mesure. D'ailleurs, à ce propos, il convient de relever que tout l'appareil peut être orienté autour de l'axe de mesure 22, en le faisant tourner dans la tête porte-palpeur 1. De la sorte, on peut amener le plan contenant les axes d'observation ou, en d'autres termes, le plan de la coupe II-II, dans une position telle qu'il contienne la génératrice de la surface de la pièce à mesurer, au point observé, ce qui réduit notablement les risques d'éventuelles imprécisions.