Appareil pour mesurer ou indiquer un défaut de planéité de surface
La présente invention a pour objet un appareil pour mesurer ou indiquer un défaut de planéité de surface, comportant un organe tâteur pour se déplacer sur la surface à tester, cet organe tâteur étant monté pour effectuer un déplacement dans une direction approximativement perpendiculaire à ladite surface.
On connaît un appareil de contrôle de surface pour indiquer un défaut de planéité dans lequel une surface de référence est montée sur la surface à tester et les variations dans la séparation de ces deux surfaces sont déterminées par un transducteur électrique comportant un stylet venant en prise avec la surface à tester et un patin directement au-dessus du stylet en prise avec la surface de référence, le transducteur étant déplacé entre les deux surfaces.
Cette disposition connue est désavantageuse en ce que la position relative nécessaire entre le stylet et le patin limite de façon considérable les possibilités de l'appareil et en ce qu'il est difficile de maintenir une sensibilité et une exactitude en raison de la poussière ou de la saleté se trouvant sur la surface de référence, la disposition ne permettant pas de protéger facilement cette surface pour éviter cet inconvénient.
Un but de la présente invention est de fournir un appareil pour tester la planéité, de haute sensibilité et exactitude, permettant d'éviter les désavantages de la disposition connue et qui utilise de manière connue en soi un système optique de détection comprenant un élément optique porté par un organe qui supporte le tâteur et coopère avec la surface de référence de telle manière que cet élément optique est soumis à des mouvements dépendant des déplacements du tâteur.
L'appareil selon l'invention comprend un organe de référence monté de telle manière qu'une surface de référence sur cet organe s'étend sensiblement parallèle à la surface à tester, un organe portant le tâteur et coopérant avec la surface de référence de sorte que cette surface agit comme un repère pour les déplacements du tâteur pendant son mouvement et un système optique de détection comprenant un élément optique porté de telle manière par l'organe de support du tâteur qu'il subit des déplacements dépendant des déplacements du tâteur.
L'appareil selon l'invention est caractérisé en ce que l'organe de référence est monté dans un boîtier, et l'organe de support du tâteur est constitué par une tige s'étendant vers l'avant à travers une ouverture ménagée dans la paroi du boîtier dans une direction générale parallèle à la surface de référence et est monté pour se déplacer longitudinalement en vue d'effectuer le mouvement du tâteur qui est monté sur l'extrémité avant de la tige de sorte qu'à l'usage, la surface de test est placée devant le boîtier en avant de la surface de référence qui s'y trouve, l'extrémité arrière de la tige étant supportée dans le boîtier par des moyens de guidage coopérant avec la surface de référence et en ce que le système optique de détection comprend un système auto collimateur qui présente des moyens photo-électriques et agit conjointement avec un miroir monté sur la tige,
adjacent à l'extrémité arrière de celle-ci pour fournir pendant le mouvement du tâteur un signal de sortie continu représentant les déplacements de basculement de la tige qui dépendent des déplacements du tâteur.
Le miroir, en réponse au déplacement du tâteur, s'incline de préférence autour de l'axe perpendiculaire à l'axe optique du système optique de détection à partir de la position zéro dans laquelle le plan du miroir est perpendiculaire à cet axe optique. Le système de détection peut être agencé de différentes manières, mais un système auto collimateur spécialement stable d'un usage particulier dans le présent appareil, est celui décrit dans le brevet suisse
No 425265.
Un tel système optique de détection comprend des moyens de réflexion s'étendant dans un plan qui est incliné sur l'axe optique et coupe un plan perpendiculaire à cet axe suivant une ligne parallèle à l'axe d'inclinaison du miroir, ces moyens de réflexion ne s 'étendant que sur une partie de l'aire utile dans ce plan incliné de manière à définir deux bords entre des aires de transmission et de réflexion de lumière, ces bords s'étendant au moins approximativement parallèles à l'axe d'inclinaison du miroir, une source à partir de laquelle de la lumière passe vers les moyens de réflexion et de là sur le miroir et une lentille de collimateur entre les moyens de réflexion et le miroir mis au point sur la partie centrale de l'aire utile dans le plan incliné de manière à former un faisceau collimaté qui passe vers le miroir et réfléchit par celui-ci,
de sorte que dans la position 0 du miroir, le faisceau réfléchi produit une image du premier des deux bords superposés sur le second bord et du second bord superposé sur le premier, les moyens photo-électriques étant sensibles à la lumière réfléchie du miroir et incidente sur le plan incliné sur un côté ou l'autre de l'aire entre les deux bords.
Les moyens photo-électriques peuvent comprendre deux cellules photo-électriques, placées de telle manière que l'une reçoive de la lumière incidente sur le plan incliné sur un côté de l'aire entre les deux bords et l'autre reçoit la lumière incidente sur l'autre côté de cette aire.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre une vue en élévation frontale d'un support pour l'appareil dont les parties principales sont logées dans un boîtier mobile verticalement.
La fig. 2 montre l'appareil en vue latérale, la paroi latérale étant enlevée.
La fig. 3 est une coupe de la partie inférieure par la ligne 3-3 de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue de détail en perspective des fig. 2 et 3.
La fig. 5 est un diagramme des rayons du système optique de la disposition préférée.
La fig. 6 est un circuit de sortie pour les moyens photo-électriques du système optique.
Les fig. 7 et 8 sont d'autres détails de la fig. 2.
La fig. 9 est une variante du montage du tâteur.
La fig. 10 est une variante des moyens indicateurs pour le système optique et comprennent un disque ajouré représenté vu en bout.
La fig. 11 montre le disque ajouré de la fig. 10 en plan.
La fig. 12 est un système optique modifié destiné à être utilisé dans l'appareil.
La fig. 13 indique schématiquement une modification des moyens pour charioter le tâteur.
Comme représenté aux fig. 1 et 2, un tâteur A présentant une pointe arrondie pour venir en prise avec la surface à tester fait saillie vers le bas à partir de l'extrémité frontale d'un bras de support At qui s'étend horizontalement et vers l'avant à travers un trou B2 pratiqué dans la paroi frontale Bl du boîtier
B à proximité du bord inférieur d'une telle paroi.
Le boîtier B est monté comme représenté à la fig. 1 pour se déplacer sur la colonne verticale C d'un stand, la base de ce poste constituant une table de travail C1 sur laquelle la pièce à travailler portant la surface à tester peut être placée. Le boîtier B peut être soulevé ou abaissé au moyen d'un volant à main
C2 pour amener le tâteur A en ou hors d'engagement avec la surface à tester et une vis de serrage C3 est montée pour bloquer le boîtier dans la position choisie de réglage vertical.
Comme représenté aux fig. 2 et 3, le bras de support du tâteur Al est porté par un chariot D dépla çable sur des pieds le long d'une paire de barres de référence E espacées latéralement, et s'étendant de l'avant à l'arrière du boîtier B. La forme de ce chariot D est représentée en perspective à la fig. 4. Ce chariot D comprend une partie Dt en forme de U renversé s'étendant vers le bas entre les barres de référence E dans un plan transversal à la longueur de ces barres et sur chaque côté de la traverse de cette partie en U deux parties allongées D2 et D3 portant sur leur côté inférieur des pieds pour se déplacer sur les faces supérieures des barres de référence
E.
La partie D2 de section rectangulaire comprend un seul pied D4 pour se déplacer sur une barre de référence E tandis que l'autre partie D3 de section en
L comprend deux pieds D5 pour se déplacer sur l'autre barre de référence E. De plus, la partie D3 comporte une paire de pieds DO pour venir en prise avec le côté d'une barre de référence E, une pince élastique D7 étant prévue pour maintenir un engagement correct entre les pieds D6 et la barre de référence E diminuant par là le déplacement latéral du chariot D pendant le mouvement de celui-ci le long des barres de référence E. Ces barres sont en verre meulé et poli de façon extrêmement précise de sorte que leurs faces supérieures fournissent une surface de référence rectiligne précise le long de laquelle se déplace le chariot D.
Dans la fig. 4, les lettres de référence d4, d5 et dÛ indiquent les points d'ajustage sur le chariot D des pieds D4, D5 et D6.
Un dispositif de fixation F est placé entre les bras de la partie Dt du chariot D, ce dispositif étant relié auxdits bras au moyen d'une paire de liaisons ou joints à charnière F1. Ces charnières permettent un mouvement pivotant du dispositif F par rapport au chariot D autour d'un axe parallèle à la surface de référence et à angle droit par rapport à la direction du déplacement du chariot le long de la surface de référence. Ce dispositif présente à son bord inférieur une douille F2 faisant saillie en avant et destinée à recevoir l'extrémité arrière du bras de support de tâteur At, ce bras s'engageant rigidement mais de façon détachable dans la douille F2. Un ressort F3 agit pour maintenir le bras At contre l'intérieur de la douille F2.
Au-dessus de cette douille, c'est-à-dire entre les bras de la partie D1 du chariot D, le dispositif F forme un support pour un miroir plan G regardant vers l'arrière.
Avec cette disposition, lorsque le chariot D est déplacé le long des barres de référence E, le tâteur A se déplace le long de la surface à tester. En supposant que la surface de référence est parallèle à la surface à tester et que cette surface de référence est exactement rectiligne, le tâteur A a un déplacement actif pendant le chariotage dans une direction approximativement perpendiculaire à la surface à tester selon le défaut de planéité de cette surface, les charnières F1 reliant le dispositif F au chariot D réfléchissant pour permettre à ce déplacement actif de se faire. Un arrêt F4 empêche un trop grand mouvement pivotant du dispositif F par rapport au chariot D.
L'indication du déplacement du tâteur A est effectuée par un système autocollimateur optique travaillant conjointement avec le miroir G décrit ci-dessus, porté par le dispositif F et basculé par celui-ci suivant le déplacement du tâteur autour du pivot du dispositif F défini par les charnières F1. L'usage d'un autocollimateur permet d'obtenir une sensibilité constante indépendamment du déplacement du miroir G le long de la surface de référence pendant le chariotage.
Le déplacement du chariot D est effectué au moyen d'un moteur réversible H monté sur la partie supérieure du boîtier B à l'avant de celui-ci et couplé par l'intermédiaire d'une courroie d'entraînement ou d'une boîte à engrenages appropriée à un arbre d'entraînement Ht s'étendant vers le bas à l'intérieur du boîtier. A son extrémité inférieure, l'arbre d'entraînement H1 porte un tambour H2 pour un câble d'entraînement H3 qui passe autour de deux paires de poulies H4, une paire de poulies espacées verticalement à l'avant du boîtier B et une paire de poulies espacées verticalement t à l'arrière du boîtier B. Entre les deux poulies inférieures, le câble H3 est fixé au chariot B aussi près que possible vers le centre d'action des forces de frottement agissant sur ce chariot dues aux pieds coulissants D4, D5 et D6.
L'élément de fixation sur le chariot B pour la liaison du câble d'entraînement H8 est indiquée en D2 à la fig. 3. Un disque
H5 présentant un bord molleté faisant saillie à travers une fente ménagée dans la paroi latérale B3 du boîtier B est associé au tambour H2. Ce disque H5 permet au chariot D d'être déplacé à la main le long des barres de référence E, et si on le désire, le disque
H5 peut venir en prise avec l'arbre d'entraînement Hl par l'intermédiaire d'un embrayage à friction (non représenté) de manière à être rendu inopérant lorsque le chariotage est effectué au moyen du moteur.
Un système autocollimateur spécialement sensible pour l'indication du déplacement actif du tâteur A est décrit dans le brevet suisse No 425265.
Un tel système autocollimateur comprend une source de lumière J dans une enveloppe Jt sur la partie supérieure du boîtier B à l'arrière de celui-ci, la lumière provenant de cette source J étant mise au point vers le bas sur un axe optique vertical traversant la paroi supérieure D4 du boîtier au moyen d'un condenseur J2 sur une fente K1 ménagé dans un réflecteur plan K situé dans un plan incliné à 45o sur l'axe optique et la longueur de la fente K1 étant parallèle à l'axe de basculement du miroir G sur le chariot
D.
Le faisceau lumineux provenant de la fente K1 passe sur un miroir L de réflexion totale à 450 dans l'angle arrière inférieur du boîtier B où l'axe optique est tourné de 900, le faisceau étant réfléchi en avant jusqu'à une lentille de collimation M qui produit un faisceau collimaté pour le miroir inclinable G. En supposant que l'axe du faisceau collimaté soit exactement parallèle à la surface de référence, le miroir basculable G a une position zéro sur tout le chariotage dans laquelle il s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe optique.
La lentille M est mise au point de façon précise sur la fente K1 dans le réflecteur incliné
K de sorte que dans la position zéro du miroir G cette lentille de collimateur agit sur le faisceau réfléchi pour former une image de la fente inversée latéralement, superposée exactement sur la fente réelle.
Cependant, lorsque pendant le chariotage, le miroir G s'écarte de sa position zéro conformément au déplacement actif du tâteur A, le faisceau réfléchi à partir du miroir incliné est dévié latéralement par rapport au faisceau incident et l'image de la fente Ki est déplacée par rapport à la fente réelle, de sorte que la lumière tombe sur le réflecteur K sur l'un ou l'autre des côtés de cette fente.
La fig. 5 est un diagramme des rayons du système autocollimateur avec axe optique a-a et montrant le faisceau b provenant de la source J, le faisceau convergent c provenant du condenseur J2, les
deux faisceaux d et e entre les bords de la fente Kt dans le réflecteur incliné K et la lentille de collimation M et le faisceau collimaté f entre la lentille M et le miroir G qui est supposé être dans sa position zéro. Le faisceau d ou e peut être pris comme faisceau divergent provenant d'un bord de la fente Kt jusqu'à la lentille M dans quel cas l'autre faisceau e ou d représente le faisceau de retour convergent correspondant de la lentille de collimation jusqu'à l'autre bord de la fente.
On peut mentionner que dans cette figure les dimensions et positions relatives des diver
ses parties du système ont été modifiées pour la clarté du dessin.
Dans une construction préférée, le réflecteur incliné K consiste en une plaque de verre ayant un enduit métallisé réfléchissant la lumière, recouvrant la face de cette plaque plus rapprochée de la len tille M à l'exception d'une partie de forme rectangulaire allongé formant la fente K.
La pupille de limitation du système est constituée de préférence par le miroir inclinable G, la lentille de collimation M ayant un diamètre dégagé pour recevoir toute la lumière qui lui est retournée à partir de ce miroir dans toutes les positions de celui-ci.
La lumière incidente sur le réflecteur incliné K sur l'un ou l'autre des côtés de la fente K1 est réfléchie vers l'avant sur l'un ou l'autre des côtés du sommet d'un double prisme N sur la face avant duquel est collée une lentille de champ N1. Une paire de cellules photo-électriques N2 sont disposées au-delà du doublet N, N1 pour recevoir la lumière réfléchie à partir d'un côté seulement de la fente K1. Le double N, N1 agit pour former vers chaque cellule photoélectrique une image de la lentille de collimateur M ou du miroir inclinable G de sorte qu'une aire sensiblement constante de la cellule N2 recouvrant la majeure partie de l'aire sensible de celle-ci est illuminée uniformément assurant par là que cette cellule agisse avec le maximum de sensibilité et de précision.
Avec la disposition décrite, le courant de sortie de chaque cellule N2 est nul dans la position zéro du miroir G, à l'exception des effets de diffraction et d'aberration. Néanmoins, on obtient une caractéristique linéaire du courant de sortie pour la position zéro à condition que les deux cellules photo-électriques soient connectées de façon différentielle dans le circuit électrique de sortie.
Dans le diagramme de la fig. 5, des faisceaux divergents allant aux cellules photo-électriques N2 provenant des parties du réflecteur incliné K immédiatement adjacent à la fente K1 sont indiqués en g, et gs. Puisque le miroir inclinable G est supposé dans le dessin être dans sa position zéro, ces faisceaux g1 et g2 devraient être considérés comme ne provenant que des effets de diffraction et d'aberration.
Un simple circuit de sortie pour les deux cellules
N2 est représenté à la fig. 6. Une différence de potentiel de sortie est développée sur les résistances N3 et amenée à un amplificateur N4 à courant continu. Le signal amplifié est amené à un instrument enregistreur N5 donnant une mesure directe de l'angle de variation de l'inclinaison du miroir G lorsque celle-ci varie pendant le chariotage et ainsi une mesure du déplacement du tâteur A.
Dans le système autocollimateur décrit, la surface frontale (éloignée du miroir inclinable) de la lentille de collimation M et également la surface de contact supérieure de celle-ci, étant donné que l'on utilise de préférence un doublet pour la collimation, tend à fournir des images virtuelles comme indiqué en x à la fig. 5. Ces images virtuelles peuvent donner lieu à des erreurs de mesure lorsque pendant le chariotage le miroir G traverse la zone dans laquelle de telles images virtuelles sont formées. Pour éviter des erreurs possibles se produisant ainsi, les deux surfaces en question de la lentille M sont revêtues pour réaliser une réflexion minimum et la partie centrale du miroir
G est masquée comme indiqué en G1 à la fig. 5 de manière à être non réfléchissante.
De plus, les extrémités de la zone de déplacement sont déterminées par un interrupteur de limite ayant un élément mobile
H6 sur le tambour H2 pour le câble d'entraînement H3 et une partie fixe H7 qui lui est adjacente, empêchant le miroir G de s'approcher de trop près de la lentille de collimation M.
Dans l'appareil décrit, les moyens de réglage de niveau sont agencés pour régler les barres de référence E par rapport au boîtier B pour s'assurer que la surface de référence s'étend parallèlement à la surface à tester. Les barres de référence E sont fixées en position latéralement à leurs extrémités avant et arrière par des pinces El en forme de U portées par des organes de châssis B5 fixes s'étendant vers le bas à l'intérieur du boîtier B à partir de la paroi supérieure B4 de celui-ci. Chaque barre de référence E repose sur une paire de saillies de support E2 l'une près de l'extrémité avant et l'autre près de l'extrémité arrière de la barre.
Les deux saillies E2 pour les extrémités avant des barres E sont formées sur les côtés opposés d'un levier plat E3 en forme de L dont le bord libre de la partie plate horizontale est relié à pivot au moyen d'une liaison articulée E4 à l'organe de châssis B5 adjacent. Le bras vertical du levier E3 s'étend vers le haut entre les barres E. La paire de saillies de support E2 pour les extrémités arrière des barres E est formée sur un levier E3 semblable relié à pivot par l'intermédiaire d'une liaison à charnière
E4 à l'organe de châssis B5 adjacent.
Au-dessus des barres E sont reliées les extrémités supérieures des deux bras verticaux des leviers E3 par un bras d'accouplement E5 horizontal dont les extrémités sont reliées par des liaisons à charnière E6 auxdites extrémités supérieures du bras. Les barres E font ainsi partie d'un système articulé à côtés parallèles et le réglage pour effectuer l'inclinaison des deux barres E est réalisé simultanément au moyen d'une vis E7 traversant la paroi arrière B6 du boîtier et l'organe de châssis B5 adjacent pour venir en prise avec le boîtier E3 à son extrémité supérieure. Un ressort E8 maintient le levier E3 en prise avec la vis E7.
Lorsque la vis E7 est actionnée l'inclinaison des barres E est effectuée autour d'un axe horizontal transversal par rapport à la direction de chariotage pour amener la surface de référence parallèlement à la surface à tester. Pour la clarté du dessin, l'élément E3 à l'arrière du boîtier est représenté en perspective à la fig. 7, le point de liaison des articulations E4 et E6 étant indiqué en e4 et e6.
qn notera qu'avec cette disposition la hauteur du chariot D par rapport à la surface à tester n'est pas influencée par le réglage de la barre de référence lorsque ce chariot est placé dans une position intermédiaire particulière de la longueur des barres E.
Pour être utilisée conjointement avec un autre réglage décrit plus loin, cette position intermédiaire particulière est marquée, par exemple par un repère sur le bras At du tâteur, un index pour la lecture se trouvant sur la paroi frontale B2 du boîtier B ou par une marque sur le chariot D ou sur le tambour d'enroulement du câble H2, ces marques étant lues par rapport à un index vu à travers une fenêtre ménagée dans le boîtier B.
Le tâteur A est amené initialement en prise avec la surface à tester en abaissant le boîtier B sur la colonne C. Cependant, le réglage de la colonne au moyen du volant à main C2 est plutôt grossier et la position verticale dans laquelle le boîtier B est fixé sur la colonne C peut être telle que le bras de support du tâteur soit basculé à partir de la position associée à la position zéro du miroir G qui s'incline avec ce bras. Ainsi, grâce au réglage initial de la hauteur, le courant de sortie amplifié des cellules photo-électriques N2 peut être en dehors de l'échelle de lecture de l'instrument enregistreur N5. Effectivement, pour produire un réglage fin en hauteur, des moyens sont agencés pour ajuster la position du système autocollimateur optique décrit ci-dessus par rapport au boîtier B.
Dans ce but, les éléments du système autocollimateur autres que la source J et la lentille de condensateur J2 sont montés dans le boîtier B sur un châssis P s'étendant à proximité de la partie supérieure jusque près du fond du boîtier vers l'extrémité arrière de celui-ci. Ainsi, ce châssis P porte la lentille de collimation M et le miroir incliné adjacent L comme une unité Pi à son extrémité inférieure et le réflecteur incliné K ayant la fente K1, le double prisme combiné N et la lentille de champ N1 et les cellules photo-électriques N8 comme une unité
P2 à son extrémité supérieure.
Juste au-dessus de l'unité inférieure Pt, le châssis B est pivoté à l'organe de châssis B7 fixé par rapport au boîtier B au moyen de la liaison articulée P3, l'axe de pivotement étant disposé suivant une direction générale horizontale et transversale par rapport à la direction de chariotage.
Ainsi, par un léger mouvement du châssis P autour de son pivot P3, l'axe du système auto-collimateur peut être incliné pour amener l'axe du faisceau collimaté plus exactement à angle droit par rapport au plan du miroir inclinable G ce qui constitue l'équivalent d'un réglable fin de la hauteur. A l'usage, ce réglage ainsi que le réglage du niveau des barres de référence E sont effectués successivement. Ainsi, en tout premier lieu, en ajustant l'appareil, le chariot D est déplacé de la position dans laquelle le réglage de la barre de référence n'a pas d'effet sur la hauteur du chariot par rapport à la surface à tester. Un fin réglage en hauteur est ensuite réalisé pour obtenir une lecture sensiblement zéro sur l'instrument enregistreur. Dans ces conditions, le miroir inclinable G réfléchit le faisceau collimaté le long de l'axe optique.
Le chariot D est ensuite déplacé le long de la surface de référence soit à la main, soit par enclenchement du moteur d'entraînement H, et du courant de sortie obtenu à l'instrument d'enregistrement. Si, par exemple, dans le cas d'un enregistreur électrique à plume, la plume trace une ligne inclinée dépassant la partie supérieure ou le bas de la carte, on sait alors que la surface de référence n'est pas parallèle à la surface à tester ce qui est corrigé par le réglage du niveau des barres de référence E, ce réglage n'ayant pas de réaction sur le réglage de hauteur effectué pour la position intermédiaire particulière du chariot.
Le montage pivotant du système auto-collimateur est également utilisé dans un autre but, celui de corriger une toute petite erreur de rectitude des barres de référence E. Pour cette correction, l'arbre d'entraînement H1 du rouleau H2 porte à proximité de son extrémité supérieure un disque de came H8 au moyen duquel de petites variations d'inclinaison du châssis
P portant le système auto-collimateur sont effectuées pendant le chariotage pour compenser les petites erreurs de rectitude des barres de référence E. La came H8 peut être un organe flexible réglable par des vis de poussée et de traction ou elle peut être rigide et formée à partir de l'enregistrement du courant de sortie obtenu lorsque le tâteur A est déplacé à travers une surface de référence connue pour être absolument droite.
Les moyens permettant d'effectuer le basculement du châssis P pour le réglage fin en hauteur et pour la correction des erreurs des barres de référence sont représentés à la fig. 8. Ainsi, l'extrémité supérieure du châssis P est reliée au moyen d'une liaison horizontale P4 l'extrémité arrière d'un bras plat horizontal pI qui porte à son extrémité avant un bouton H9 faisant saillie vers le bas et venant en prise avec le disque de came H5. L'extrémité arrière du bras P5 est également reliée par une paire de liaisons horizontales pG à une paire de bras d'accouplement P7 s'étendant vers l'arrière de chaque côté de l'extrémité supérieure du châssis P.
Cette dernière paire de liaisons à charnière P6 s'étend dans un plan horizontal très légèrement au-dessus du niveau du plan horizontal contenant la liaison P4. Les extrémités arrière des bras d'accouplement P7 sont reliées par une paire de liaisons p8 à l'extrémité supérieure d'un bras de réglage vertical P9 qui est reliée entre les liaisons P8 par une liaison horizontale P à une console B8 sur le boîtier
B. La liaison P'O s'étend dans un plan horizontal légèrement au-dessus du niveau du plan horizontal contenant les liaisons P8.
L'extrémité inférieure du bras P9 est engagée par une vis pll à réglage fin traversant la paroi arrière BG du boîtier B et l'organe de châssis adjacent B5 juste à l'intérieur de cette paroi. Un ressort pl2 maintient le bras P9 en prise avec la vis pt1.
Avec la position décrite ci-dessus, l'actionnement de la vis P11 provoque un mouvement de déplacement en avant ou en arrière des bras d'accouplement P7 et ainsi de l'extérémité supérieure du châssis P de sorte que le système auto-collimateur est basculé en conséquence. La différence des niveaux des liaisons P8 et P10 à l'extrémité supérieure du bras P9 sur lequel agit cette vis fournit un rapport de réduction de 20 :1.
Le déplacement du bras P5 actionné par came pendant le chariotage impartit un déplacement sembla ble en avant ou en arrière à l'extrémité supérieure du châssis P mais avec un rapport de réduction de 3000 : l fourni par la très petite différence entre les niveaux des liaisons P4 et P6. Le chemin de la came
H6 est suffisamment large pour permettre les petits déplacements du bras P5 pouvant avoir lieu du fait du réglage fin en hauteur.
Pour le transport, des moyens sont agencés en vue de soulever le chariot D hors des barres de référence E et pour fixer ce chariot D. Pour cela (voir fig. 3) le chariot D est monté sur la partie supérieure de la pièce transversale de l'organe en forme de U renversé D1 avec un bossage D8 présentant une lèvre faisant saillie radialement et sur la partie supérieure des éléments D2 et D3 de saillies D9. Un organe de serrage D10 est monté sur un support B9 fixé au boîtier B, cet organe ayant une section en forme de L s'étendant dans la direction du chariotage.
Le support B9 présente un pivot Bt de sorte que l'organe de serrage D10 peut pivoter autour d'un axe parallèle à la direction de chariotage et une vis de serrage D11 traversant la paroi latérale B3 du boîtier B et un organe de châssis adjacent B11 s'étendant à partir de la paroi supérieure D4 du boîtier jusqu'à l'intérieur de la paroi latérale, vient en prise avec L'organe de serrage D10 pour effectuer le déplacement de celle-ci autour de son pivot B10.
En agissant sur la vis D11, l'organe de serrage D19 peut être déplacé autour du pivot B10 pour venir en prise avec le côté inférieur de la lèvre du bossage D8 sur le chariot D et soulever ce chariot en prise par les saillies D9 avec l'organe de châssis fixe B7 sur lequel pivote le châssis P du système auto collimateur. Comme représenté à la fig. 3, cet organe de châssis B7 peut être venu de fabrication avec l'organe de châssis B11 s'étendant jusqu'à l'intérieur de la paroi B4 du boîtier B. Dans la fig. 2, l'organe de châssis est représenté presque complètement éliminé pour la clarté du dessin. Les points de fixation sur le châssis D du bossage D6 et les saillies D9 sont indiquées en d8 et d9 respectivement à la fig. 4.
Les moyens de fixation décrits sont actionnables avec le chariot dans n'importe quelle position de la gamme du déplacement transversal.
La disposition décrite plus haut peut avoir une gamme de déplacement d'environ 13 cm. Lorsque le réglage est correctement fait, l'amplification des erreurs de planéité peut être obtenue jus qu'à 10000. Des erreurs de planéité de l'ordre de 0,00013 mm (5 micropouces inch) peuvent être facilement détectées.
Des surfaces s'étendant au-dessous du niveau de la matière entourante peuvent être testées en montant le tâteur A comme représenté à la fig. 9. Dans cette disposition, un montage supplémentaire Q est fixé au chariot D au moyen d'une liaison articulée
Q1, ce montage comprenant un support Q2 faisant saillie vers l'avant. Le bras de support du tâteur est détaché du support F2 sur le montage F et deux bras Q3 s'étendant vers l'avant sont engagés dans les deux douilles Q2 et F2, ces bras portant à leurs extrémités avant sur des liaisons articulées Q4 un bras de support Q5 vertical et dirigé vers le bas, ce bras portant le tâteur A à son extrémité inférieure.
Bien que l'on ne l'ait pas représenté sur les autres figures, le montage additionnel Q, est habituellement prévu sur le chariot, la douille Q2 n'étant pas utilisée lorsque le bras normal de support de tâteur est engagé dans la douille F2 pour des tests.
De nombreuses modifications de la disposition décrite peuvent être réalisées. Par exemple, la fig. 10 montre une modification des moyens photo-électriques n'utilisant qu'une seule cellule R. Conjointement avec cette cellule R, un disque ajouré R1 est utilisé (voir fig. 11), ce disque comportant une face réfléchissante R2. Le disque R1 est entrainé à une vitesse de rotation constante pendant le fonctionnement à partir du moteur d'entrainement H pour le chariot D.
Le double prisme N et la lentille N1 sont disposés juste en avant du réflecteur incliné K présentant la fente K1 mais agissant pour former une image de la lentille de collimation ou du miroir inclinable sur les moyens de mise au point constitués par une lentille R3 et un double prisme R4 en combinaison. De cette manière, les faisceaux provenant du réflecteur incliné sont mis au point au moyen de la combinaison de la lentille R3 et du prisme R4 pour former une image de la fente K1 sur le disque R1, de la lumière provenant d'un côté de la fente tombant sur une face de ce disque et la lumière provenant de l'autre côté de la fente tombant sur l'autre face du disque.
La lumière provenant d'un côté de la fente K1 est ainsi transmise à travers les ouvertures du disque à la cellule photo-électrique R et la lumière provenant de l'autre côté de la fente est réfléchie par la face R2 du disque sur cette cellule qui, ainsi, a un courant de sortie alternatif à la fréquence de rotation du disque. Dans la région de l'inclinaison zéro du miroir G, le courant de sortie de la cellule R comprend un courant continu qui est dû à des effets de diffraction et d'aberration et il est par conséquent négligé, étant perdu dans l'amplificateur à courant alternatif auquel le courant de sortie de la cellule est amené avant d'être fourni à l'instrument enregistreur par l'intermédiaire d'un redresseur.
Une autre modification du système autocollimateur est représentée à la fig. 12. Dans cette modification, au lieu d'un réflecteur incliné présentant une fente, on utilise une fente S et un semi-réflecteur S1 disposé le long de l'axe optique. Ainsi, la source J est mise au point sur la fente S par le condenseur J2, le faisceau provenant de la fente traversant le semiréflecteur S1 jusqu'au miroir incliné L et à la lentille de collimation M. Le faisceau de retour est réfléchi au semi-réflecteur St sur un diviseur de faisceau S2 et les faisceaux divisés tombent sur deux cellules photo-électriques S3. La fig. 12 sert également à illustrer des moyens modifiés pour compenser les petites erreurs dans les barres de référence.
Ainsi, au lieu de basculer le système autocollimateur sensiblement comme un tout suivant les déplacements d'un levier actionné par came, une plaque de déviation optique T est montée dans le trajet du faisceau lumineux entre le semi-réflecteur S1 et le miroir incliné L. Cette plaque de compensation T est montée pour tourner autour d'un axe perpendiculaire à l'axe optique et dans sa position zéro dans laquelle elle est perpendiculaire à l'axe optique, elle permet au faisceau incident et au faisceau réfléchi de passer à travers sans déviation. La plaque T est basculée de sa position zéro au moyen d'un bras pivoté T1 en prise avec le disque de came entraîné en synchronisme avec le chariot de déplacement.
Une modification du montage du chariot est représentée à la fig. 13. Dans cette disposition, un bras de support de tâteur V portant le tâteur A et le miroir G est remorqué derrière un chariot W sur une liaison articulée Wl et ce bras de support de tâteur présente un patin Vi pour s'appuyer contre la surface de référence X, étant maintenu en prise avec celle-ci par la légère sollicitation W3. Cette dernière constitue également une articulation permettant au bras de support V de s'incliner selon le travail du tâteur A. Le chariot W peut être guidé pour se déplacer le long de l'organe portant la surface de référence X comme indiqué mais dans une variante, il peut être guidé pour se déplacer sur un organe entièrement séparé.
Le maximum d'exactitude de vérification est obtenu lorsque le miroir G est monté verticalement au-dessous du patin Vi.
Apparatus for measuring or indicating a defect in surface flatness
The object of the present invention is an apparatus for measuring or indicating a defect in surface flatness, comprising a feeler member for moving on the surface to be tested, this feeler member being mounted to effect a movement in a direction approximately perpendicular to said surface.
A surface tester is known for indicating a flatness defect in which a reference surface is mounted on the surface to be tested and the variations in the separation of these two surfaces are determined by an electrical transducer having a stylus engaging with it. the surface to be tested and a pad directly above the stylus in engagement with the reference surface, the transducer being moved between the two surfaces.
This known arrangement is disadvantageous in that the necessary relative position between the stylus and the pad considerably limits the possibilities of the apparatus and in that it is difficult to maintain sensitivity and accuracy due to dust or dust. the dirt being on the reference surface, the arrangement not making it possible to easily protect this surface in order to avoid this drawback.
An object of the present invention is to provide an apparatus for testing flatness, of high sensitivity and accuracy, which makes it possible to avoid the disadvantages of the known arrangement and which uses, in a manner known per se, an optical detection system comprising a carried optical element. by a member which supports the feeler and cooperates with the reference surface in such a way that this optical element is subjected to movements depending on the movements of the feeler.
The apparatus according to the invention comprises a reference member mounted in such a way that a reference surface on this member extends substantially parallel to the surface to be tested, a member carrying the feeler and cooperating with the reference surface so that this surface acts as a mark for the movements of the feeler during his movement and an optical detection system comprising an optical element carried in such a way by the support member of the feeler that it undergoes movements depending on the movements of the feeler.
The apparatus according to the invention is characterized in that the reference member is mounted in a housing, and the support member of the feeler is constituted by a rod extending forward through an opening formed in the housing wall in a direction generally parallel to the reference surface and is mounted to move longitudinally to effect movement of the feeler which is mounted on the forward end of the rod so that in use the test surface is placed in front of the housing in front of the reference surface therein, the rear end of the rod being supported in the housing by guide means cooperating with the reference surface and in that the system optical detection comprises an auto collimator system which has photoelectric means and acts in conjunction with a mirror mounted on the rod,
adjacent to the rear end thereof to provide during the movement of the feeler a continuous output signal representing the tilting movements of the rod which depend on the movements of the feeler.
The mirror, in response to the displacement of the feeler, preferably tilts around the axis perpendicular to the optical axis of the optical detection system from the zero position in which the plane of the mirror is perpendicular to this optical axis. The detection system can be arranged in different ways, but a specially stable auto collimator system of particular use in the present apparatus is that described in the Swiss patent.
No 425265.
Such an optical detection system comprises reflection means extending in a plane which is inclined on the optical axis and intersects a plane perpendicular to this axis along a line parallel to the axis of inclination of the mirror, these means of reflection extending only over a part of the useful area in this inclined plane so as to define two edges between areas of transmission and reflection of light, these edges extending at least approximately parallel to the axis of tilt of the mirror, a source from which light passes to the reflecting means and from there to the mirror and a collimator lens between the reflecting means and the mirror focused on the central part of the working area in the inclined plane so as to form a collimated beam which passes towards the mirror and reflects by it,
so that in position 0 of the mirror, the reflected beam produces an image of the first of the two edges superimposed on the second edge and of the second edge superimposed on the first, the photoelectric means being sensitive to the light reflected from the mirror and incident on the inclined plane on either side of the area between the two edges.
The photoelectric means may comprise two photoelectric cells, placed such that one receives light incident on the inclined plane on one side of the area between the two edges and the other receives light incident on the inclined plane. the other side of this area.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the apparatus forming the subject of the invention.
Fig. 1 shows a front elevational view of a support for the apparatus, the main parts of which are housed in a vertically movable housing.
Fig. 2 shows the apparatus in side view with the side wall removed.
Fig. 3 is a section of the lower part taken by line 3-3 of FIG. 2.
Fig. 4 is a detailed perspective view of FIGS. 2 and 3.
Fig. 5 is a ray diagram of the optical system of the preferred arrangement.
Fig. 6 is an output circuit for the photoelectric means of the optical system.
Figs. 7 and 8 are further details of FIG. 2.
Fig. 9 is a variant of the mounting of the feeler.
Fig. 10 is a variant of the indicator means for the optical system and comprises a perforated disc shown seen from the end.
Fig. 11 shows the perforated disc of FIG. 10 in plan.
Fig. 12 is a modified optical system for use in the apparatus.
Fig. 13 schematically indicates a modification of the means for carriage of the feeler.
As shown in fig. 1 and 2, a feeler A having a rounded tip for engaging the surface to be tested projects downward from the front end of a support arm At which extends horizontally and forwardly to through a hole B2 made in the front wall Bl of the housing
B near the lower edge of such a wall.
The housing B is mounted as shown in fig. 1 to move on the vertical column C of a stand, the base of this station constituting a work table C1 on which the workpiece carrying the surface to be tested can be placed. Box B can be raised or lowered by means of a hand wheel
C2 to bring the feeler A into or out of engagement with the surface to be tested and a tightening screw C3 is mounted to lock the housing in the chosen vertical adjustment position.
As shown in fig. 2 and 3, the feeler support arm A1 is carried by a carriage D movable on feet along a pair of reference bars E spaced laterally, and extending from the front to the rear of the housing B. The shape of this carriage D is shown in perspective in FIG. 4. This carriage D comprises a part Dt in the shape of an inverted U extending downward between the reference bars E in a plane transverse to the length of these bars and on each side of the cross member of this U-shaped part two parts elongated D2 and D3 bearing on their lower side feet to move on the upper faces of the reference bars
E.
The part D2 of rectangular section comprises a single foot D4 to move on a reference bar E while the other part D3 of section in
L includes two D5 feet to move on the other reference bar E. In addition, part D3 includes a pair of DO feet to engage with the side of a reference bar E, an elastic clamp D7 being provided to maintain a correct engagement between the legs D6 and the reference bar E thereby reducing the lateral displacement of the carriage D during the movement of the latter along the reference bars E. These bars are made of extremely polished and ground glass precise so that their top faces provide an accurate rectilinear reference surface along which the carriage moves D.
In fig. 4, the reference letters d4, d5 and dÛ indicate the adjustment points on the carriage D of the legs D4, D5 and D6.
A fixing device F is placed between the arms of the part Dt of the carriage D, this device being connected to said arms by means of a pair of links or hinged joints F1. These hinges allow a pivoting movement of the device F relative to the carriage D about an axis parallel to the reference surface and at right angles to the direction of movement of the carriage along the reference surface. This device has at its lower edge a socket F2 projecting forward and intended to receive the rear end of the feeler support arm At, this arm engaging rigidly but detachably in the socket F2. A spring F3 acts to hold the arm At against the inside of the socket F2.
Above this socket, that is to say between the arms of part D1 of carriage D, device F forms a support for a plane mirror G looking backwards.
With this arrangement, when the carriage D is moved along the reference bars E, the feeler A moves along the surface to be tested. Assuming that the reference surface is parallel to the surface to be tested and that this reference surface is exactly rectilinear, feeler A has an active displacement during the stock removal in a direction approximately perpendicular to the surface to be tested according to the flatness defect of this surface, the hinges F1 connecting the device F to the reflective carriage D to allow this active movement to take place. A stop F4 prevents too great a pivoting movement of the device F relative to the carriage D.
The indication of the displacement of the feeler A is carried out by an optical sticker system working in conjunction with the mirror G described above, carried by the device F and tilted by the latter following the movement of the feeler around the pivot of the device F defined by the F1 hinges. The use of an sticker makes it possible to obtain a constant sensitivity independently of the displacement of the mirror G along the reference surface during the stock removal.
The movement of the carriage D is effected by means of a reversible motor H mounted on the upper part of the housing B at the front thereof and coupled via a drive belt or a gearbox. gears suitable for a drive shaft Ht extending downwardly inside the housing. At its lower end, the drive shaft H1 carries a drum H2 for a drive cable H3 which passes around two pairs of pulleys H4, a pair of pulleys spaced vertically in front of the housing B and a pair of pulleys. vertically spaced pulleys t at the rear of the housing B. Between the two lower pulleys, the cable H3 is fixed to the carriage B as close as possible to the center of action of the frictional forces acting on this carriage due to the sliding feet D4, D5 and D6.
The fixing element on the carriage B for the connection of the drive cable H8 is indicated at D2 in fig. 3. A disc
H5 having a soft edge projecting through a slot formed in the side wall B3 of the housing B is associated with the drum H2. This H5 disc allows the carriage D to be moved by hand along the reference bars E, and if desired, the disc
H5 may engage with the drive shaft H1 via a friction clutch (not shown) so as to be rendered inoperative when the turning is performed by means of the motor.
A specially sensitive sticker system for indicating the active movement of feeler A is described in Swiss Patent No. 425265.
Such an sticker system comprises a light source J in a casing Jt on the upper part of the housing B at the rear thereof, the light coming from this source J being focused downwards on a vertical optical axis passing through. the upper wall D4 of the housing by means of a condenser J2 on a slot K1 formed in a plane reflector K situated in a plane inclined at 45o on the optical axis and the length of the slot K1 being parallel to the tilting axis of mirror G on the carriage
D.
The light beam from the slit K1 passes over a mirror L of total reflection at 450 in the lower rear corner of the housing B where the optical axis is rotated by 900, the beam being reflected forward to a collimating lens M which produces a collimated beam for the tilting mirror G. Assuming that the axis of the collimated beam is exactly parallel to the reference surface, the tilting mirror G has a zero position throughout the stock removal in which it extends in a plane perpendicular to the optical axis.
The M lens is precisely focused on the K1 slit in the tilted reflector
K so that in the zero position of the mirror G this collimator lens acts on the reflected beam to form an image of the laterally inverted slit, superimposed exactly on the real slit.
However, when during turning the mirror G deviates from its zero position in accordance with the active movement of the feeler A, the beam reflected from the tilted mirror is deflected laterally with respect to the incident beam and the image of the slit Ki is moved relative to the actual slit, so that the light falls on the reflector K on either side of this slit.
Fig. 5 is a ray diagram of the auto-collimator system with optical axis a-a and showing the beam b coming from the source J, the converging beam c coming from the condenser J2, the
two beams d and e between the edges of the slit Kt in the inclined reflector K and the collimating lens M and the collimated beam f between the lens M and the mirror G which is assumed to be in its zero position. The beam d or e can be taken as a divergent beam coming from one edge of the slit Kt to the lens M in which case the other beam e or d represents the corresponding converging return beam from the collimating lens to at the other edge of the slot.
It may be mentioned that in this figure the dimensions and relative positions of the diver
its parts of the system have been edited for clarity of the drawing.
In a preferred construction, the inclined reflector K consists of a glass plate having a light reflecting metallized coating, covering the face of this plate closer to the lens M except for an elongated rectangular portion forming the K slot.
The limiting pupil of the system is preferably constituted by the tilting mirror G, the collimating lens M having a clear diameter to receive all the light which is returned to it from this mirror in all the positions thereof.
Light incident on the inclined reflector K on either side of the slit K1 is reflected forward on either side of the apex of a double prism N on the front face of which is glued a field lens N1. A pair of photocells N2 are disposed beyond doublet N, N1 to receive light reflected from only one side of slit K1. The double N, N1 acts to form towards each photocell an image of the collimator lens M or of the tilting mirror G so that a substantially constant area of the cell N2 covering the major part of the sensitive area thereof is uniformly illuminated thereby ensuring that this cell acts with the maximum sensitivity and precision.
With the arrangement described, the output current of each cell N2 is zero in the zero position of mirror G, except for the effects of diffraction and aberration. However, a linear characteristic of the output current is obtained for the zero position provided that the two photoelectric cells are differentially connected in the output electrical circuit.
In the diagram of fig. 5, Diverging beams going to photocells N2 from parts of inclined reflector K immediately adjacent to slit K1 are indicated in g, and gs. Since the tilting mirror G is assumed in the drawing to be in its zero position, these beams g1 and g2 should be considered as arising only from the effects of diffraction and aberration.
A single output circuit for both cells
N2 is shown in fig. 6. An output potential difference is developed across resistors N3 and fed to a DC amplifier N4. The amplified signal is fed to a recording instrument N5 giving a direct measurement of the angle of variation of the inclination of the mirror G when it varies during the stock removal and thus a measurement of the displacement of the feeler A.
In the sticker system described, the front surface (remote from the tilting mirror) of the collimating lens M and also the upper contact surface thereof, given that a doublet is preferably used for the collimation, tends to provide virtual images as indicated at x in fig. 5. These virtual images can give rise to measurement errors when, during the stock removal, the mirror G crosses the area in which such virtual images are formed. To avoid possible errors thus occurring, the two surfaces in question of the lens M are coated to achieve minimum reflection and the central part of the mirror
G is masked as indicated by G1 in fig. 5 so as to be non-reflective.
In addition, the ends of the travel zone are determined by a limit switch having a movable element.
H6 on the drum H2 for the drive cable H3 and a fixed part H7 which is adjacent to it, preventing the mirror G from coming too close to the collimating lens M.
In the apparatus described, the level adjustment means are arranged to adjust the reference bars E with respect to the housing B to ensure that the reference surface extends parallel to the surface to be tested. The reference bars E are fixed in position laterally at their front and rear ends by U-shaped clamps El carried by fixed frame members B5 extending downwardly inside the housing B from the wall upper B4 of it. Each reference bar E rests on a pair of support projections E2 one near the front end and the other near the rear end of the bar.
The two protrusions E2 for the front ends of the bars E are formed on the opposite sides of an L-shaped flat lever E3 whose free edge of the horizontal flat part is pivotally connected by means of an articulated link E4 to the adjacent frame member B5. The vertical arm of the lever E3 extends upward between the bars E. The pair of support projections E2 for the rear ends of the bars E is formed on a similar lever E3 pivotally connected via a linkage to hinge
E4 to the adjacent B5 chassis unit.
Above the bars E are connected the upper ends of the two vertical arms of the levers E3 by a horizontal coupling arm E5, the ends of which are connected by hinge connections E6 to said upper ends of the arm. The bars E thus form part of an articulated system with parallel sides and the adjustment to effect the inclination of the two bars E is carried out simultaneously by means of a screw E7 passing through the rear wall B6 of the housing and the frame member B5 adjacent to engage the E3 housing at its upper end. A spring E8 keeps the lever E3 in engagement with the screw E7.
When the screw E7 is actuated, the inclination of the bars E is effected around a horizontal axis transverse to the direction of turning to bring the reference surface parallel to the surface to be tested. For clarity of the drawing, the element E3 at the rear of the housing is shown in perspective in FIG. 7, the point of connection of the joints E4 and E6 being indicated at e4 and e6.
Note that with this arrangement the height of the carriage D relative to the surface to be tested is not influenced by the adjustment of the reference bar when this carriage is placed in a particular intermediate position of the length of the bars E.
To be used in conjunction with another adjustment described later, this particular intermediate position is marked, for example by a mark on the feeler arm At, an index for reading being on the front wall B2 of the housing B or by a mark on the carriage D or on the cable winding drum H2, these marks being read with respect to an index seen through a window made in the housing B.
Feeler A is initially brought into engagement with the surface to be tested by lowering box B onto column C. However, the adjustment of the column by means of handwheel C2 is rather coarse and the vertical position in which box B is. fixed on the column C can be such that the support arm of the feeler is tilted from the position associated with the zero position of the mirror G which tilts with this arm. Thus, thanks to the initial height adjustment, the amplified output current of the photoelectric cells N2 can be outside the reading range of the recording instrument N5. Indeed, to produce a fine adjustment in height, means are arranged to adjust the position of the optical sticker system described above with respect to the housing B.
For this purpose, the elements of the auto-collimator system other than the source J and the capacitor lens J2 are mounted in the housing B on a frame P extending near the top to near the bottom of the housing towards the rear end. of it. Thus, this frame P carries the collimating lens M and the adjacent tilted mirror L as a unit Pi at its lower end and the tilted reflector K having the slit K1, the combined double prism N and the field lens N1 and the photo cells - N8 electrics as a unit
P2 at its upper end.
Just above the lower unit Pt, the frame B is pivoted to the frame member B7 fixed relative to the housing B by means of the articulated link P3, the pivot axis being arranged in a general horizontal direction and transverse to the direction of stock removal.
Thus, by a slight movement of the frame P around its pivot P3, the axis of the auto-collimator system can be inclined to bring the axis of the collimated beam more exactly to a right angle with respect to the plane of the tilting mirror G, which constitutes the equivalent of an adjustable height end. In use, this adjustment as well as the adjustment of the level of the reference bars E are carried out successively. Thus, first of all, by adjusting the apparatus, the carriage D is moved from the position in which the adjustment of the reference bar has no effect on the height of the carriage relative to the surface to be tested. Fine height adjustment is then made to obtain a substantially zero reading on the recording instrument. Under these conditions, the tilting mirror G reflects the collimated beam along the optical axis.
The carriage D is then moved along the reference surface either by hand or by engaging the drive motor H, and the output current obtained at the recording instrument. If, for example, in the case of an electrical pen recorder, the pen draws an inclined line extending beyond the top or the bottom of the map, then we know that the reference surface is not parallel to the surface at test what is corrected by the adjustment of the level of the reference bars E, this adjustment having no reaction to the height adjustment made for the particular intermediate position of the carriage.
The swivel mounting of the auto-collimator system is also used for another purpose, that of correcting a very small error in straightness of the reference bars E. For this correction, the drive shaft H1 of the roller H2 bears close to its upper end an H8 cam disc by means of which small variations in inclination of the chassis
P bearing the auto-collimator system are carried out during the stock removal to compensate for small errors in straightness of the reference bars E. The H8 cam can be a flexible member adjustable by push and pull screws or it can be rigid and formed to from the recording of the output current obtained when the feeler A is moved across a reference surface known to be absolutely straight.
The means allowing the tilting of the frame P for the fine height adjustment and for correcting the errors of the reference bars are shown in FIG. 8. Thus, the upper end of the frame P is connected by means of a horizontal link P4 the rear end of a horizontal flat arm pI which carries at its front end a button H9 projecting downward and engaging with the H5 cam disc. The rear end of the arm P5 is also connected by a pair of horizontal links pG to a pair of coupling arms P7 extending rearwardly on either side of the upper end of the frame P.
This latter pair of hinged links P6 extends in a horizontal plane very slightly above the level of the horizontal plane containing the link P4. The rear ends of the coupling arms P7 are connected by a pair of links p8 to the upper end of a vertical adjustment arm P9 which is connected between the links P8 by a horizontal link P to a bracket B8 on the housing
B. The P'O link extends in a horizontal plane slightly above the level of the horizontal plane containing the P8 links.
The lower end of the arm P9 is engaged by a fine adjustment screw pll passing through the rear wall BG of the housing B and the adjacent frame member B5 just inside this wall. A spring pl2 keeps the arm P9 engaged with the screw pt1.
With the position described above, the actuation of the screw P11 causes a forward or backward displacement movement of the coupling arms P7 and thus of the upper end of the frame P so that the auto-collimator system is switched accordingly. The difference in the levels of the links P8 and P10 at the upper end of the arm P9 on which this screw acts provides a reduction ratio of 20: 1.
The movement of the cam-actuated P5 arm during the stock removal imparts a similar movement forward or backward to the upper end of the P-frame but with a reduction ratio of 3000: l provided by the very small difference between the levels of the links P4 and P6. The way of the cam
H6 is wide enough to allow small movements of the P5 arm which may take place due to the fine height adjustment.
For transport, means are arranged to lift the carriage D off the reference bars E and to fix this carriage D. For this (see fig. 3) the carriage D is mounted on the upper part of the transverse part of the inverted U-shaped member D1 with a boss D8 having a lip projecting radially and on the upper part of the elements D2 and D3 of projections D9. A clamping member D10 is mounted on a support B9 fixed to the housing B, this member having an L-shaped section extending in the direction of the turning.
The support B9 has a pivot Bt so that the clamping member D10 can pivot about an axis parallel to the direction of stock feed and a clamping screw D11 passing through the side wall B3 of the housing B and an adjacent frame member B11 extending from the upper wall D4 of the housing to the interior of the side wall, engages with the clamping member D10 to effect the displacement thereof around its pivot B10.
By acting on the screw D11, the clamping member D19 can be moved around the pivot B10 to engage with the lower side of the lip of the boss D8 on the carriage D and lift this carriage engaged by the projections D9 with the 'fixed frame member B7 on which the frame P of the auto collimator system pivots. As shown in fig. 3, this frame member B7 may have been manufactured with the frame member B11 extending to the inside of the wall B4 of the housing B. In FIG. 2, the frame member is shown almost completely eliminated for clarity of the drawing. The fixing points on the frame D of the boss D6 and the protrusions D9 are indicated at d8 and d9 respectively in fig. 4.
The fixing means described are operable with the carriage in any position within the range of transverse displacement.
The arrangement described above can have a displacement range of about 13 cm. When properly adjusted, the amplification of flatness errors can be achieved up to 10,000. Flatness errors on the order of 0.00013 mm (5 microinches inch) can be easily detected.
Surfaces extending below the level of the surrounding material can be tested by mounting feeler A as shown in fig. 9. In this arrangement, an additional assembly Q is fixed to the carriage D by means of an articulated connection.
Q1, this assembly comprising a support Q2 projecting forward. The support arm of the feeler is detached from the support F2 on the assembly F and two arms Q3 extending forwards are engaged in the two sockets Q2 and F2, these arms carrying at their front ends on articulated links Q4 an arm support Q5 vertical and directed downwards, this arm carrying the feeler A at its lower end.
Although not shown in the other figures, the additional assembly Q, is usually provided on the carriage, the sleeve Q2 not being used when the normal feeler support arm is engaged in the sleeve F2 for testing.
Numerous modifications of the arrangement described can be made. For example, fig. 10 shows a modification of the photoelectric means using only a single cell R. Together with this cell R, a perforated disc R1 is used (see FIG. 11), this disc comprising a reflecting face R2. The disk R1 is driven at a constant rotational speed during operation from the drive motor H to the carriage D.
The double prism N and the lens N1 are arranged just in front of the inclined reflector K having the slit K1 but acting to form an image of the collimating lens or of the tilting mirror on the focusing means constituted by a lens R3 and a double prism R4 in combination. In this way, the beams coming from the inclined reflector are focused by means of the combination of the lens R3 and the prism R4 to form an image of the slit K1 on the disc R1, with the light coming from one side of the lens. slot falling on one side of this disc and light from the other side of the slot falling on the other side of the disc.
The light coming from one side of the slit K1 is thus transmitted through the openings of the disc to the photocell R and the light coming from the other side of the slit is reflected by the face R2 of the disc on this cell. which, thus, has an alternating output current at the rotational frequency of the disc. In the region of the zero tilt of the mirror G, the output current of the cell R comprises a direct current which is due to diffraction and aberration effects and is therefore neglected, being lost in the amplifier at alternating current to which the output current of the cell is drawn before being supplied to the recording instrument through a rectifier.
Another modification of the sticker system is shown in fig. 12. In this modification, instead of an inclined reflector having a slit, an S slit and a semi-reflector S1 disposed along the optical axis are used. Thus, the source J is focused on the slit S by the condenser J2, the beam coming from the slit passing through the semireflector S1 to the inclined mirror L and to the collimating lens M. The return beam is reflected to the semi -reflector St on a beam splitter S2 and the divided beams fall on two photoelectric cells S3. Fig. 12 also serves to illustrate modified means to compensate for small errors in reference bars.
Thus, instead of tilting the sticker system substantially as a whole according to the movements of a lever actuated by cam, an optical deflection plate T is mounted in the path of the light beam between the semi-reflector S1 and the inclined mirror L. This compensation plate T is mounted to rotate about an axis perpendicular to the optical axis and in its zero position in which it is perpendicular to the optical axis, it allows the incident beam and the reflected beam to pass through without deviation. The plate T is tilted from its zero position by means of a pivoted arm T1 engaged with the cam disc driven in synchronism with the displacement carriage.
A modification of the assembly of the carriage is shown in fig. 13. In this arrangement, a feeler support arm V carrying the feeler A and the mirror G is towed behind a carriage W on an articulated link W1 and this feeler support arm has a shoe Vi to rest against the surface. of reference X, being kept in engagement therewith by the slight stress W3. The latter also constitutes an articulation allowing the support arm V to tilt according to the work of the feeler A. The carriage W can be guided to move along the member carrying the reference surface X as indicated but in a variant , it can be guided to move on an entirely separate organ.
The maximum verification accuracy is obtained when the mirror G is mounted vertically below the shoe Vi.