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REVENDICATIONS
1. Apppareillage pour le contrôle automatique du pourtour
d'une pièce (18) ayant un axe de symétrie, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un dispositif de balayage comprenant un ensemble (34) de détecteurs d'image, ce dispositif étant destiné à balayer, selon une pluralité de lignes, une image projetée de ladite pièce; b) un dispositif de projection (15) permettant de projeter une image du profil de la pièce dans un plan comprenant l'ensemble (34); c) un élément transparent (5) muni de
moyens pour maintenir la pièce (18) dans une position telle que l'axe de symétrie de son image projetée soit perpendiculaire aux lignes de balayage; d) un moteur (7) permettant un déplacement relatif de l'image projetée par rapport à l'ensemble (34), de manière que l'ensemble (34) traverse l'image projetée;
et e) un dispositif de calcul (CP) recevant du dispositif de balayage à intervalles prédéterminés, pendant le balayage de l'image, un signal électrique représentatif de portions d'une ligne de détecteurs d'image de l'ensemble (34), cette ligne coïncidant avec une ligne de balayage, ces portions étant définies par l'image projetée, ce dispositif de calcul (CP) calculant à partir de ces signaux électriques au moins l'un des paramètres de longueur, largeur ou courbure de l'axe de symétne et déterminant si les valeurs calculées sont comprises dans des limites prédéterminées.
2. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de détecteurs d'image est bidimensionnel.
3. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de détecteurs d'image est linéaire.
4. Appareillage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'élément transparent (5) est solidaire en rotation du moteur (7) et commandé par ce dernier de manière à déplacer la pièce (18) selon une trajectoire sensiblement circulaire et adjacente à l'ensemble (34) de détecteurs d'image.
5. Appareillage selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément transparent (5) présente une première rainure annulaire (9) dans laquelle est disposée ladite pièce (18), des moyens d'irradiation (15, 16) étant prévus d'un des côtés de l'élément (5) pour projeter une image (30) de ladite pièce vers ledit ensemble (34) disposé de l'autre côté de l'élément (5).
6. Appareillage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première rainure annulaire (9) est en forme de V et en ce que l'élément (5) présente sur sa face opposée une seconde (11) et une troisième (12) rainures annulaires en forme de V concentriques et équidistantes de la première rainure.
7. Appareillage selon l'une des revendications 4, 5, 6, caractérisé en ce que le dispositif de calcul (CP) est agencé de manière à modifier les signaux életriques élaborés par le dispostif de balayage pour corriger la déformation du pourtour résultant de l'ensemble de détecteurs.
8. Appareillage selon l'une des revendications 4 à 7, caracté risé en ce qu'il comprend une grille de diffraction (35) solidaire en rotation avec l'élément (5), une grille de diffraction (36) fixe, une source d'irradiation (38) et un détecteur (40) de l'irradiation, agencès de manière que l'irradiation détectée lors de la rotation de l'organe rotatif vane périodiquement, le détecteur (40) élaborant des signaux électriques au moyen desquels la relation spatiale entre les lignes de balayage peut être déterminée.
La présente invention se rapporte à un appareillage pour le contrôle automatique de pièces fabriquées en moyenne ou grande série. Jusqu'ici, il était habituel d'effectuer un contrôle statisflque, de sorte que 98% à 99% des pièces d'une série satis fassent aux exigences de dimension et de qualité. Des contrôles de qualité de ce niveau peuvent être suffisants pour des pièces devant être manipulées et montées rn2nuellelllent, mais un csnArt1s d'un degré plus élevé est très souhaitable et même
nécessaire lorsqu'il s'agit de pièces maniées et montées d'une manière automatique.
Un tel niveau de contrôle ne peut être obtenu qu'en inspecant chaque pièce, et la présente invention se rapporte à un appareillage et à une méthode possible d'opération permettant un tel contrôle.
Selon la présente invention, I'appareillage pour le contrôle automatique du pourtour d'une pièce ayant un axe de symétrie
est caractérisé en ce qu'il comprend: a) un dispositif de balayage comprenant un ensemble de détecteurs d'image, ce dispositif étant destiné à balayer, selon une pluralité de lignes, une image projetée de ladite pièce; b) un dispositif de projection permettant de projeter une image du profil de la pièce dans un plan comprenant l'ensemble; c) un élément transparent muni de moyens pour maintenir la pièce dans une position telle que l'axe de symétrie de son image projetée soit perpendiculaire aux lignes de balayage; d) un moteur permettant un déplacement relatif de l'image projetée par rapport à l'ensemble, de manière que l'ensemble traverse l'image projetée;
et e) un dispositif de calcul recevant du dispositif de balayage à intervalles prédéterminés, pendant le balayage de l'image, un signal électrique représentatif de portions d'une ligne de détecteurs d'image de l'ensemble, cette ligne coïncidant avec une ligne de balayage, ces portions étant définies par l'image projetée, ce dispositif de calcul calculant à partir de ces signaux électriques au moins l'un des paramètres de longueur, largeur ou courbure de l'axe de symétrie et déterminant si les valeurs calculées sont comprises dans des limites prédéterminées.
La pièce peut être formée d'un ou plusieurs segments reliés axialement pour former un tout, chaque segment pouvant être un cylindre, ou un cône circulaire droit tronqué ou non, ou un solide de révolution ayant une surface longitudinale engendrée par la révolution d'une courbe autour de l'axe de symétrie donné, les extrémités de la courbe décrivant des cercles dont les centres sont situés sur ledit axe de symétrie. Les axes de symétrie de chaque segment sont confondus avec ledit axe donné. Un segment de la pièce peut être une portion distincte ou intégrante de ladite pièce. L'axe de symétrie de la pièce peut être rectiligne ou courbe. Dans les deux cas, l'appareillage selon l'invention est à même de calculer la longueur et/ou la largeur des segments de la pièce. L'appareillage peut également calculer la courbure de l'axe de symétrie.
Dans une première forme d'exécution, le dispositif de balayage comprend des moyens pour projeter une image d'au moins une grande partie de la pièce sur un ensemble de balayage dibimensionnel (par exemple un tube vidicon) qui peut explorer l'image projetée. Pendant l'exploration de l'image, la pièce est stationnaire par rapport au dispositif de balayage. Si l'ensemble de balayage bidimensionnel n'est pas assez étendu pour explorer toute la pièce en une opération, on doit effectuer plusieurs opérations de balayage en série, les différentes parties de la pièce étant soit adjacentes, soit superposées, un certain nombre de mouvements relatifs ayant lieu entre la pièce, ou l'image projetée de celle-ci, et l'ensemble de balayage après chaque opération de balayage.
Dans une seconde forme d'exécution, le dispositif de balayage comprend des moyens pour projeter une image d'au moins une partie de la pièce vers un ensemble de balayage unidimensionnel (par exemple une rangée linéaire de diodes photosensibles), un mouvement relatif (pas à pas ou continu) est créé, de manière contrôlée, entre la pièce et l'ensemble de balayage, de sorte que ladite rangée peut explorer les lignes de balayage perpendiculaires à l'axe de symétrie, comme défini plus haut.
De préférence, l'ensemble de balayage est stationnaire, et la pièce est déplacée, par exemple au moyen d'une courroie ou d'une plaque tournante, le long d'une trajectoire perpendiculaire à ladite rangée. Dans cette forme d'exécution, le dispositif de balayage enregistre un pourtour de la pièce légèrement
déformé, le dispositif de calcul comprend donc des moyens correcteurs de cette déformation.
Le dispositif de calcul peut être dimensionné de manière à reconnaître chaque segment de la pièce, à calculer les paramètres de longueur et largeur de chaque segment et à déterminer si chaque paramètre se situe entre des limites autorisées. Bien que lesdites limites peuvent être données au dispositif de calcul sous la forme d'informations sur bande perforée ou par l'intermédiaire d'un clavier, ledit dispositif peut être dimensionné pour permettre d'abord le balayage d'une première pièce test présentant les dimensions maximales autorisées, puis une seconde pièce test présentant les dimensions minimales autorisées. Le dispositif de calcul peut être aussi dimensionné pour calculer la courbure de l'axe de symétrie. Si la pièce doit présenter un axe de symétrie rectiligne, l'appareillage doit déterminer si la pièce est déformée.
Le dispositif de calcul est alors programmé pour calculer la position de l'axe de chaque segment et pour déterminer si les segments partagent un axe de symétrie commun.
L'appareillage peut comprendre des moyens qui dirigent les pièces dont les paramètres se situent dans les limites autorisées vers un canal accepté , tandis que toutes les pièces au moins un paramètre situé hors desdites limites sont dirigées vers un canal rejeté .
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareillage selon l'invention.
La fig. 1 est une vue, en partie schématique et en partie en coupe, de l'appareillage.
La fig. 2 est une vue en coupe selon Il de la fig. 1.
La fig. 3 est un diagramme illustrant le principe de fonctionnement de l'appareillage de la fig. 1.
La fig. 4 est une vue en plan de la pièce à contrôler.
La fig. 5 est une image déformée de la pièce comme détectée par l 'appareillage.
La fig. 6 montre une image de la pièce partiellement corrigée.
La fig. 7 est une première représentation de l'image corrigée par l'appareillage.
La fig. 8 est un diagramme illustrant la méthode d'identification et de dimensionnement de la pièce de la fig. 4.
L'appareillage représenté à la fig. 1 comprend une plaque tournantelcircuinire en métal solidaire d'un arbre2central,cet arbre tournant librement dans un manchou,3 fixé à une table rigide 4. La plaque tournante porte une plaque annulaire 5 en matière plastique transparente et montée concentrique avec la plaque 1. Cette plaque tournante est entraînée en rotation par friction d'une roue d'entp2bîneiment6, elle-même entraînée, à travers un train d'engrenagesj, par un moteur à inductionl.
La plaque 5, dont une partie a été repésentée en section à la fig. 2, présente à sa face supérieure une rainure circulaire 9 en forme de V et à sa face inférieure 13 deux rainures circulaires 10 et 11.
Un faisceau 14 de rayons lumineux parallèles, émis par une lampe 15 halogène à quartz fixée à la table 4, est réfléchi par un prisme 16, de manière à diriger le fiasceau verticalement vers le haut, à travers le centre de la rainure en V 9 située sur la surface supérieure LO de la plaque 5. La rainure 9, prévue pour aligner une pièce 18 sur la plaque et les rainures 1 et n sont concentriques avec l'arbre 2 et la plaque tournante 1. Elles sont ménagées dans la plaqueS,
de sorte que la plus grande partie du faisceau 14 est transmise à travers cette plaque et émerge de la rainure 9 sous forme d'un faisceau 19 de rayons parallèles le long de l'axe 17. Un rayon 20 du faisceau 14 incident sur la paroi extérieure 21 de la rainure 11 est réfracté à travers la
plaque 5 pour devenir incident sur la paroi intérieurs e 22 de la rainure 9 et finalement émerger de ladite rainure 9 sous la for me e d'un rayon 23 d'un faisceau 19.
De même, un rayon 24 du
faisceau 14 incident sur la paroi intérieure 25 de la rainure 12
est réfracté à travers la plaque pour devenir incident sur la paroi extérieure de la rainure9 pour émerger de ladite rainure 9 sous la forme d'un rayon 27 du faisceau 19. Les rayons 28 et 29 du faisceau 14, qui émergent de la rainure 9 et qui sont incidents sur la pièce 18, sont dispersés et ne font plus partie du faisceau
19, de sorte que la pièce 18 projette une ombre 30 parallèlement à l'axe 17.
Une lentille 31 fait converger le faisceau 19 vers l'objectif 2 d'une caméra 33 (qui peut être du modèle LC 600 Single Line
Scan Camera, fabriqué par Raticon Corporation, of Mountain
View, Californie, USA), ladite caméra 33 comprenant une rangée 34 rectiligne de diodes photosensibles, un circuit horaire
TL, un circuit de contrôle CL, et un détecteur de seuil TD ayant un niveau de référence ajustable. La lentille 31 et l'objectif 32 coopèrent pour obtenir un grossissement d'un facteur 5 de l'image de l'ombre 30 de la pièce 18 arrivant sur la rangée 34 des diodes photosensibles.
La rangée 34 est formée de 512 photodiodes d'une ouverture de 25 um disposées le long d'une ligne parallèle au plan de la plaqu-et perpendiculaire à la rainure 9,, de sorte que cette rangée 34 a un champ de vision de 2,5 mm perpendiculaire à la rainure 9 et une résolution dans cette direction de 5 ,um
Une grille 35 de diffraction radiale, de type conventionnel, est fixée rigidement à l'arbre 2 de la plaque tournante 1. Une grille 36 d'indice de diffraction est fixée à un support 37, ce dernier étant monté sur la table 4.
Une source de lumière 38 projette un faisceau de lumière dirigé à travers les deux grilles 35 et 36 sur une diode 40 photovoltaïque au silicium
montée sur le support 37 et reliée électriquement à un ampli
ficateur HA. La grille radiale IS et la grille 36 sont disposé de telle sorte que pour chaque mouvement rotatif de la plaquez correspondant à un déplacement de 25 ,um de la pièce 18 par rapport à la rangée 34, l'intensité du faisceau 39 détectée par la diode 40 passe par un zéro. .
L'amplificateur HA et la caméra 33 sont tous deux reliés à un ordinateur CP comprenant une unité d'adaptation IU, un module d'opération PM qui peut être contrôlé manuellement à partir d'un clavier et qui peut fournir un signal de sortie pour en écran VDU, un circuit accepté et/ou rejeté AR et une unité d'alarme 14.
En fonctionnement, la plaque tournante 1 a une vitesse de rotation de 2 t/min. La pièce 18 reposant dans la rainure celle-ci ayant un diamètre de 25 cm, est transportée à travers le faisceau 19 à une vitesse de 2,5 cm/s. Chaque fois que la diode 40 détecte un passage à zéro de l'intensité du faisceau 39 transmis par les grilles 35 et 36, une impulsion P est émise vers l'unité d'adaptation qui libère alors un signal START SCAN de commande de balayage pour la caméra 33. Le circuit horaire
TL est agencé de manière que le balayage de la rangée 34 se fasse en série pour délivrer un signal video VO en série au détecteur de seuil TD.
Ce dernier forme un signal video binaire qui est amené à l'unité d'adaptation IU où il va être converti en informations numériques définissant les positions des bords de l'ombre 30 portée par la pièce 18 par rapport à la rangée 3lob.
Ces informations sont alors traitées par le module d'opération
PM selon le diagramme représenté à la fig. 3.
Puisque la pièce 18 se déplace sous la rangée de diodes 34 selon une trajectoire circulaire, les informations envoyées au module d'opération PM représentent une image déformée de cette pièce 18, de sorte qu'une correction doit être faite pour élaborer une image appropriée.
A la fig. 4, la pièce 18, logée dans la rainure9, a été représentée à plus grande échelle. Cette pièce 18 comprend trois segments cylindriques 41, 42, 43 solidaires axialement, ayant un axe 44 longitudinal commun.
Les segments 41, 42, 43 présentent des longueurs respectives 11, 12, 13 et des diamètres dl, d2, d3. La rangée de diodes 34 suit les lignes de balayage S1, SN. Chaque paire de lignes voisines l'une de l'autre soustend un angle a par rapport au centre de la plaque tournante 1, où:
longueur de l'arc de la rainure 9 entre deux lignes de ba
layage a
rayon moyen R de la rainure 9. Radians to (1)
Si la pièce 18 est courte, sa longueur peut être assimilée à la longueur de l'arc.
Ainsi, l'angle total soustendu par la pièce
18 au centre de la plaque 1 est donné par:
longueur de la pièce 18 # = radians
rayon moyen R de la rainure 9
= 11+12+13 radians Eq (2) R
Si l'on suppose que la pièce 18 repose dans la rainure 9 de manière que la normale N à l'axe longitudinal 44 coupe cet axe 44 en son point milieu M, la première ligne de balayage S1 et la dernière ligne de balayage SN déterminent chacune avec cette normale N un angle 0/2.
La ligne de balayage SX coupe la pièce lSen deux points et B et fait un anlge avec la normale N. Cette ligne SX détecte un diamètre apparent DAPP (=AB) de la pièce 18, ce diamètre étant donné par la relation:
DAPP = DTRUE Sec . .
. Eq (3) et présentant un point milieu MD à une distance RAPP du centre de la plaque 1 donné par
RAPP = R Sec Eq (4)
Un homme du métier voit aisément que la divergence maximale entre DAPP (diamètre apparent) et DTRUE (vrai diamètre) et entre RAPP et R est donnée par les équations simplifiées suivantes:
:
EMI3.1
L'appareillage décrit ici convient pour contrôler une pièce présentant une longueur totale de 12,5 mm, de sorte que selon l'équation (2)
0/2# 1 radian
20 et selon les équations (5) et (6), pour un composant d'une longueur de 12,5 mm
DTRUE (S1) = DApp (Si). (i - 800
R (S1) = RAPP (S1) 8too )
On voit donc qu'en déplaçant la pièce sous la rangée de diodes 34 selon une trajectoire circulaire, l'erreur le lecture du diamètre de la pièce 18 est inférieure ou égale à 0,125 % (ce qui peut être négligé), et l'axe longitudinal 44 est déformé selon une parabole. Ainsi, la rangée de diodes 34 voit la pièce 18 comme montré à la fig. 5.
Afin de corriger cette déformation, il est admis que la pièce 18 repose dans la rainure, de manière que ia normale N à l'axe longitudinal 44 et passant par le centre de la plaque tournante 1 coupe cet axe 44 en son point milieu M et le facteur de correction parabolique peut être appliqué aux informations DATA.
Si, en réalité, la pièce est bien dans la position admise, les informations corrigées contiennent la vraie forme et les vraies dimensions de l'ombre 30. Toutefois, si la pièce 18 présente un angle par rapport à la position admise plus haut, et le même facteur de correction est appliqué, alors les informations corrigées représentent l'ombre 30 de la pièce 18 comme représentée à la fig. 6, dans laquelle chaque segment41,4,,,,243 est déformé en un parellélogramme ayant des dimensions comme montré au dessin. De même,si l'objet est plus long ou plus court qu'espéré, alors son vrai point milieu n'est pas connu tant que tout l'objet n'a pas été balayée. Quoi qu'il en soit, la correction est appliquée en supposant le point milieu connu.
Si l'estimation est fausse, l'objet apparaîtra comme un parallélogramme. Ces informations sont dans une forme appropriée pour le traitement.
De plus, une fois que les informations ont été corrigées comme décrit précédemment, le module d'opération calcule les longueurs 11,12, 13, les diamètres dl, d2, d3, et l'axe des segments -,o de la pièce 18 selon la procédure suivante: (1) Les informations relatives à chaque ligne de balayage sont examinées à tour de rôle.
Si les informations relatives à une li gne indiquent la présence de l'ombre 30 de la pièce 18. alors: a) ou la largeur de l'ombre 30 dépasse une valeur limite
donnée pour la largeur d'une ombre 30 détectée par la ligne
de balayage précédente et un autre segment est défini, b) ou la largeur de l'ombre 30, ne diffère pas de la valeur limite
donnée pour la largeur de l'ombre 30 détectée par la
précédente ligne de balayage, et la longueur du même
segment est incrémentée.
De cette manière, le module d'opération divise l'ombre 30
de la pièce 18 en une pluralité de portions de segments
comme montré en 45 à la fig. 7. Ces portions sont bien plus
nombreuses que les segments 42, ¯Q de la pièce 18 et
elles prennent en considération les chanfreins aux
extrémités de la pièce 18 et les irrégularités d'usinage dans
la largeur.
(2) Le module d'opération PM combine les portions de segment pour définir et dimensionner des segments selon le procédé représenté au diagramme illustré à la fig. 8. Chaque segment correspond à l'un des segments 41,42,43 de la pièce 18.
L'appareillage est agencé de manière à examiner une pièce référence TEST (MAX) présentant les dimensions maximales admises et une pièce référence TEST (MIN) présentant les dimensions minimales admises. Il mémorise ces valeurs limites en réponse à des instructions provenant du clavier K. Ces pièces références sont agencées de manière à passer en regard de la rangée, les segments correspondants étant dans une orientation concordante.
Les pièces de production à contrôler sont introduites dans la rainure2 (par exemple en les faisant glisser le long d'une glissière non représentée) et peuvent être alignées avec leurs segments correspondants selon une même orientation ou une orientation opposée. Le module opérationnel définit et dimensionne les nouveaux segments de chaque pièce, contrôle chaque pièce pour vérifier qu'elle est rectiligne et que les paramètres de lon gueur et largeur de chaque segment sont bien à l'intérieur des limites définies et mémorisées dans ce module. Ce module émet ensuite des instructions au circuit accepté/rejeté en fonction du résultat obtenu. Ce circuit comprend,de manière connue et non représentée, deux jets d'air commandés de façon à diriger la pièce soit vers un canal accepté , soit vers un canal rejeté , selon le résultat obtenu.
L'appareillage peut être adapté de manière à examiner une pièce alignée, par rapport à la rangée, selon un angle différent de 900. De plus,il peut aussi être adapté pour examiner une pièce ayant un segment conique, tronqué ou non, de section circulaire. Un tel segment peut être défini par sa longueur et les rayons de chaque extrémité.