CH617881A5 - - Google Patents

Description

La présente invention concerne un détecteur de contact pour une machine de mesurage, notamment de haute précision.

Les machines de mesurage utilisées en mécanique de précision comportent généralement une tête mobile munie d'un palpeur qui est déplacée jusqu'à ce que le palpeur soit en contact physique avec la pièce, après quoi la position de la tête est déterminée par rapport à une référence quelconque. Le point crucial de cette méthode est la détection du contact physique du palpeur et de la pièce qui se manifeste par un léger déplacement du palpeur par rapport à la tête, ce déplacement étant utilisé pour interrompre le mouvement de la tête.

En général, le palpeur est monté sur un support qui est maintenu en contact avec un siège bidimensionnel formé sur un élément de base. En pratique, si le palpeur et son support se déplacent dans une direction parallèle au plan du siège, il se produit une légère rotation du support sur le siège dans la direction où ce dernier est tourné, puis un décollement du support dans ladite direction.

Cependant, il n'est pas possible de déplacer le palpeur dans une direction opposée à celle que définit le siège, ce qui limite l'utilité d'un tel dispositif.

La présente invention a donc pour objet un détecteur de contact physique éliminant cette difficulté tel que défini dans la revendication 1.

Les dessins annexés représentent, à titre d'exemples, plusieurs modes de réalisation de l'objet de l'invention.

La fig. 1 est une vue en élévation et en coupe axiale d'une première forme du détecteur de contact de la présente invention.

La fig. 2 est une coupe transversale dans le plan II-II de la fig. 1.

La fig. 3 est une coupe schématique obtenue par le développement de la surface cylindrique qui est indiqué en III-III sur la fig. 2.

La fig. 4 est une coupe transversale illustrant une seconde forme du détecteur de contact de l'invention.

La fig. 5 est une coupe axiale fragmentaire dans le plan Y-V de la fig. 4.

La fig. 6 est une coupe axiale dans le plan VI-VI de la fig. 4.

La fig. 7 est ime coupe longitudinale semblablè à celle de la fig. 4, mais illustrant une variante du dispositif de l'invention.

La fig. 8 est une vue de détail illustrant une modification de la fig. 7.

La fig. 9 est une vue en plan de la modification de la fig. 8.

Le détecteur de contact des fig. 1 à 3 se compose d'un élément de base 10, par exemple un boîtier cylindrique ouvert, qui est relié par une tige rigide 11 à la tête d'une machine de mesurage. Un support tubulaire 12 portant un palpeur 13 est maintenu dans le boîtier 10 par l'intermédiaire d'un plateau 14. Le plateau 14 repose sur un premier siège 31 défini par trois éléments cylindriques 18 solidaires du boîtier 10, et le support 12 repose sur un second siège 32 défini par six billes sphériques 16 solidaires du plateau 14. La fig. 3 montre que les billes 16 servent, d'une part, à définir le siège 32 du support 12 et, d'autre part, à transmettre la pression du plateau 14 à son siège 31. Comme le montre la fig. 2, l'extrémité du support 12 forme trois bras en étoile portant chacun un élément cylindrique 15 qui est disposé dans l'intervalle de deux éléments cylindriques 18. Un premier ressort 19 pousse le plateau 14 en direction du siège 32 et un second ressort 17 tire le support 12 vers le plateau 14 pour les maintenir en contact au niveau du siège 32. Par définition, le détecteur de contact décrit ici est en position de repos lorsque tous ses éléments de contact se touchent correctement pour fermer un circuit électrique.

On voit sur la fig. 3 que le siège 31 est défini par les points de contact 31A des éléments cylindriques 18 et par les points de contact opposés 31B des éléments sphériques 16 qui sont solidaires du plateau 14.

De même, le siège 32 est défini par les points de contact 32A des éléments sphériques 16 et par les points de contact oppo2

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sés 32B des éléments cylindriques 15 qui sont solidaires du support 12.

Le siège 31 est tourné vers le haut (sur les fig. 1 et 3) dans le sens de la flèche ZI, alors que le siège 32 est tourné vers le bas dans le sens de la flèche Z2. Le support 12 est donc déplaçable aussi bien vers le bas, en surmontant la force du ressort 17, que vers le haut, en surmontant la force du ressort 19. Dans les deux cas, il est rappelé en position de repos par l'un des ressorts.

La fig. 3 montre clairement que les sièges 31, 32 sont contenus dans un plan commun XY qui définit sur l'axe orthogonal Z un point de repos précis du support 12.

Les trois éléments cylindriques 18 sont centrés sur des axes radiaux symétriques autour de l'axe Z (fig. 2). Il existe donc trois paires de points de contact 31A disposés symétriquement autour de l'axe Z. La même symétrie axiale existe pour les autres éléments et pour les points de contact 31B, 32A et 32B. Chaque paire de points de contact 31B définit une paire de plans de tangence convergents et l'ensemble de ces plans assure le maintien du centrage du plateau 14 et interdit toute rotation du plateau autour de l'axe Z. Le même raisonnement est applicable aux points de contact 32A et au support 12.

Il est clair que les six billes 16 ont un double rôle d'éléments d'appui sur le siège 31 et d'éléments de définition du siège 32. Ainsi, dans un groupe quelconque de trois billes successives, on peut considérer que les deux premières définissent une paire de surfaces de contact convergentes 31B recevant l'un des éléments cylindriques 18 et que la seconde et la troisième bille 16 définissent une paire de surfaces de contact convergentes 32A recevant l'un des éléments cylindriques 15.

Une telle structure empêche efficacement tout mouvement transversal ou de rotation du support 12 et du palpeur 13, mais assure une liberté complète vis-à-vis de toute force capable de surmonter la résistance des ressorts 17 ou 19. En particulier, le palpeur peut se déplacer dans un sens ou dans l'autre le long de l'axe Z, par exemple pour mesurer la distance de deux surfaces parallèles 29A, 29B d'une pièce 29. Pour cela, la machine de mesurage est actionnée pour abaisser lentement le palpeur 13 jusqu'à ce qu'il touche la surface 29A, ce qui se traduit par une interruption de la continuité du siège 31. Ensuite, la machine est actionnée en sens inverse pour faire remonter le palpeur 13 jusqu'à ce qu'il touche la seconde surface 29B, ce qui se traduit par une interruption de la continuité du siège 32. Il est clair qu'au début de la course de retour de la machine, la force des ressorts 17 et 19 ramène le palpeur et son support en position de repos, ce qui rétablit la continuité des sièges 31 et 32.

Le déplacement du palpeur à partir de sa position de repos est détecté par un circuit électrique 28. Pour cela, le boîtier 10, le plateau 14 et le support 12 doivent être en matière isolante, les éléments de contact 15,16 et 18 étant en matière conductrice, de préférence en acier trempé et poli. L'un des éléments fixes 18 est coupé en deux demi-cylindres mutuellement isolés auxquels aboutissent les deux conducteurs 28A, 28B du circuit. Il est évident que, dans cette configuration, chaque paire de points de contact 31 A, 31B ou 32A, 32B constitue un interrupteur et que tous ces interrupteurs sont branchés en série dans la boucle du circuit 28. Il suffit donc que le déplacement du support 12 provoque l'ouverture d'un seul de ces interrupteurs pour changer l'état du circuit 28. Ce changement d'état est utilisé d'une manière connue pour signaler que le palpeur est entré en contact avec la pièce.

Le détecteur de contact des fig. 4 à 6 comprend un palpeur 113 (fig. 6) monté sur un support 112 qui est sollicité par un ressort 117 contre un élément intermédiaire ou plateau 114 avec lequel il a trois points de contact A, B et C symétriquement disposés autour d'un axe de référence Z. Le ressort 117 produit aux points de contact des forces ZI parallèles à l'axe Z. Le plateau 114 est lui-même sollicité par un ressort 119 contre des points fixes D, E, F d'un élément de base 110 ayant la forme d'un boîtier cylindrique. Les points D, E et F sont également disposés symétriquement autour de l'axe Z, mais le ressort 119 produit en chaque point une force Z2 qui est dirigée en sens inverse de la force ZI.

Sur les fig. 4 à 6, le support 112 est représenté dans sa position de repos vers laquelle il est sollicité élastiquement pour résister à des mouvements linéaires ou angulaires. La résistance à un mouvement linéaire orientée selon l'axe Z est fournie par l'ensemble des points A à F. Ces points assurent également la résistance à tout mouvement angulaire par rapport à l'axe Z, c'est-à-dire à tout basculement du support autour d'un ou de deux des points A à F. Le support 112 peut être déplacé contre ces deux contraintes en surmontant la force du ressort 117 ou 119 par une force F agissant dans le sens voulu sur le palpeur 113. Lorsque la force F cesse d'agir, le ressort 117 ou 119 ramène le support et son palpeur en position de repos.

Pour interdire les déplacements transversaux par rapport à l'axe Z et les rotations autour de cet axe, le plateau 114 et le support 112 sont suspendus à l'intérieur du boîtier 110 par deux ressorts plans 120 et 121. Le ressort 120 a une partie centrale 120A qui est fixée au plateau 114, et trois parties radiales 120B dont les extrémités sont fixées sur une bride intérieure 120C du boîtier 110. Les parties radiales 120B ont une flexibilité suffisante pour permettre un déplacement linéaire de l'élément intermédiaire 114 le long de l'axe Z ou un pivotement autour de n'importe lequel des points de contact A à F mais, dès que la force perturbatrice disparaît, le plateau 114 est ramené en position centrée et de rotation nulle autour de l'axe Z. Le ressort 121 est identique au ressort 120 et relie le support 112 à la bride du boîtier 110.

Chaque point de contact A à F est représenté par le contact ponctuel de deux éléments cylindriques 122,123 dont les axes 122A, 123A sont mutuellement orthogonaux (fig. 4). L'élément cylindrique supérieur 122 s'étend à la périphérie du plateau 114, son axe 122A étant radial par rapport à l'axe Z. L'élément cylindrique inférieur 123 est, selon le cas, fixé au support 112 ou au boîtier 110.

Aux trois premiers points A, B et C, les trois éléments radiaux 122 définissent ensemble un siège bidimensionnel 132 qui est contenu dans un plan perpendiculaire à l'axe Z et qui résiste à un basculement du support 112 sur les éléments 122. Aux points A, B et C, les éléments 123 définissent chacun une surface convexe de contact avec la surface convexe qui est définie par l'élément radial associé 122. Les surfaces convexes des éléments 122 et 123 coopèrent pour maintenir le support 12 en position fixe sur l'élément intermédiaire 114. Aux points D, E, F, les éléments 123 définissent ensemble un siège bidimensionnel 131 qui est coplanaire avec le siège 132 et qui résiste à un basculement du plateau 114 autour des éléments 123 du boîtier 110. Le siège 131 est orienté dans le sens de la force ZI, alors que le siège 132 est orienté en sens inverse, c'est-à-dire dans le sens de la force Z2.

Pour détecter un déplacement du palpeur, les éléments cylindriques 122 et 123 se comportent en chacun des points de contact A à F comme un interrupteur électrique. Pour cela, le support 112, le plateau 114 et le boîtier sont en matière plastique, alors que les éléments de contact 122, 123 sont en acier trempé et poli. Chaque interrupteur est constitué par un élément supérieur 122 et un élément inférieur 123. Chaque élément supérieur 122 étant en contact avec deux éléments inférieurs 123, il est évident qu'il fait partie de deux interrupteurs. Les interrupteurs des points A à F sont reliés en série dans un circuit électrique 124 (fig. 4) dont l'état change dès que l'un des interrupteurs est ouvert. Le circuit 124 comprend un conducteur 125 aboutissant à l'élément inférieur 123 du point E, la partie de l'élément supérieur 122 qui est comprise entre les points E et B, un conducteur 126 reliant les éléments inférieurs 123 des points B et C, et ainsi de suite pour les points C et F, F et D, D et A. L'élément inférieur 123 du

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point A est relié par l'intermédiaire du ressort 120 à un conducteur de retour 127 qui complète le circuit 124.

Les positions angulaires des points A, B et C autour de l'axe Z sont maintenues aussi proches que possible des positions angulaires des points D, E et F. En d'autres termes, trois paires de points alignés radialement, A et B, B et E, C et F, établissent des liaisons entre trois points du support 112 et trois points adjacents du boîtier 110. Dans l'exemple illustré, les premiers points A, B et C définissent trois rayons RI, R2 et R3 qui passent respectivement par les seconds points D, E et F. L'espacement radial des premiers points et des seconds points associés n'est destiné qu'à permettre leur implantation respectivement sur le support 112 et sur le boîtier 110.

En service, lorsque le palpeur 113 est soumis à une force transversale G, le moment nécessaire pour faire basculer le support 112 est maximal si le basculement se produit autour d'un axe passant par un seul des points A à F et minimal si le basculement se produit autour d'un axe passant par deux des points A à C ou D à F. Ainsi, les points A à F définissent six axes de moment minimal.

Si le palpeur est sollicité dans la direction Ml (fig. 4), le support 112 tend à basculer autour d'un axe A-C (passant par les points A et C) et le contact électrique est rompu aux points D, F et B. Si le palpeur 113 est sollicité dans la direction opposée M2, le support 112 tend à basculer autour d'un axe D-F et le contact électrique est rompu aux points A, C et E. Les axes A-B et D-F étant pratiquement à la même distance de l'axe Z, les moments nécessaires pour faire basculer le support dans les directions Ml et M2 sont sensiblement égaux. La même remarque s'applique aux directions NI et N2 ou PI et P2. Ainsi, bien que la stabilité du support en position de repos soit assurée par un contact en trois points disposés en triangle équilatéral, le basculement peut se produire autour de six axes disposés en hexagone. Dans ces conditions, le moment nécessaire au basculement du palpeur est pratiquement le même dans toutes les directions pour des forces perpendiculaires à l'axe Z et la flexion faible, mais inévitable, du palpeur causée par cette force transversale n'est pratiquement pas influencée par la direction de la force, ce qui ne serait pas le cas dans un système à trois points d'appui seulement.

En ce qui concerne les mouvements du palpeur sur l'axe Z, la fig. 6 montre clairement que le dispositif décrit ci-dessus permet de les détecter dans les deux sens. Plus précisément, dans le sens ZI, le contact électrique est rompu aux points D, E et F,

alors que dans le sens Z2, le contact électrique est rompu aux points A, B et C.

Dans une variante non représentée, les ressorts 120, 121 peuvent être bombés à l'état libre de façon qu'après l'assemblage, le ressort 121 exerce une force dans le sens ZI pour solliciter le support 112 contre le plateau 114. De même, le ressort 120 exerce une force dans le sens Z2 pour solliciter le plateau 114 contre le boîtier 110. On peut ainsi supprimer les ressorts de rappel 117, 119 ou utiliser des ressorts relativement faibles pour compléter ou corriger la force des ressorts 120, 121.

Dans le mode de réalisation illustré sur les fig. 4 à 6, il y a deux groupes de trois points de contact (A, B, C et D, E, F) ayant les mêmes positions angulaires autour de l'axe Z. Cette configuration est la plus simple assurant une bonne stabilité, mais dans certains cas on peut vouloir utiliser des groupes de plus de trois points. Il faut cependant noter que les conditions sont différentes si le nombre de points est pair ou impair. Dans le cas d'un nombre impair, comme sur les fig. 4 à 6, les deux groupes de points doivent avoir les mêmes positions angulaires pour que le moment de basculement du palpeur soit sensiblement uniforme dans toutes les directions. Par contre, pour un nombre pair de points, les points d'un groupe doivent être disposés sensiblement à mi-distance des points de l'autre et sur le même rayon autour de l'axe Z pour conserver un moment de basculement à peu près indépendant de la direction de la force.

Dans une autre variante, on peut remplacer les contacts électriques des éléments 122, 123 des fig. 4 à 6 par un détecteur de proximité monté entre le support 112 et le boîtier 110, ou par plusieurs détecteurs de proximité montés d'une part entre le support 112 et le plateau 114, d'autre part entre le plateau 114 et le boîtier 110.

Le détecteur de contact de la fig. 7 est analogue à celui des fig. 4 à 6, à l'exception des sièges 231, 232 qui sont contenus dans des plans parallèles espacés le long de l'axe Z. Le support 112 est en contact avec un plateau intermédiaire double 214 en trois points 2A, 2B et 2C. Le plateau 214 est en contact avec une bride intérieure du boîtier cylindrique 210 en trois points 2D, 2E, 2F qui sont alignés axialement avec les points 2A, 2B, 2C. En chacun des points 2A à 2F, un élément cylindrique 222 dépassant radialement du plateau 214 porte sur un élément cylindrique 223 qui est fixé selon le cas au support 112 ou au boîtier 210.

Cette disposition permet de placer les points des deux groupes à la même distance radiale de l'axe Z ou à des distances radiales choisies pour optimiser l'uniformité du moment de basculement. Le diamètre total du boîtier 210 peut en outre être plus petit que dans les formes précédentes. Par rapport aux fig. 4'à 6, le support 112 n'est pas modifié, mais le plateau 214 est double et les ressorts plans 220, 221 ont un diamètre réduit correspondant à celui du boîtier 210.

On peut modifier la forme de la fig. 7 en remplaçant chaque élément cylindrique 223 par une paire de billes 323 espacées de manière à définir deux points de contact 223-1, 223-2 situés sur des surfaces convergentes. Dans ce cas, les points de contact 2D, 2E, 2F sont définis comme le milieu d'un segment joignant les points 223-1 et 223-2. La forme des surfaces de contact assure le centrage du support 212 et interdit toute rotation autour de l'axe Z en position de repos, ce qui permet de supprimer les ressorts plans 220, 221.

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Claims (8)

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   REVENDICATIONS

   1. Détecteur de contact pour une machine de mesurage comprenant un élément de base dans lequel est monté un support de palpeur mobile angulairement et linéairement par rapport à une position de repos, caractérisé en ce que l'élément de base (10, 110, 210) définit un premier siège bidimensionnel (31, 131, 231) et en ce qu'il comprend un élément intermédiaire (14, 114, 214), un premier moyen de rappel (19, 119) sollicitant élastiquement l'élément intermédiaire contre le premier siège dont il peut se séparer angulairement ou linéairement sous l'effet d'une force suffisante pour surmonter l'action du moyen de rappel, un second siège bidimensionnel (32, 132, 232) formé sur l'élément intermédiaire avec une orientation opposée à celle du premier siège, et un second moyen de rappel (17, 117) sollicitant élastiquement le support de palpeur (12, 112) contre le second siège dont il peut se séparer angulairement ou linéairement sous l'effet d'une force capable de surmonter l'action du second moyen de rappel.
2. 2. Détecteur de contact selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de base comporte une série d'éléments de support (18, 123, 223) disposés symétriquement autour d'un axe pour définir le premier siège (31, 131, 231), en ce que l'élément intermédiaire (14, 114, 214) comporte une seconde série d'éléments de support (16,122, 222) disposés symétriquement autour dudit axe pour définir le second siège (32, 132, 232) et pour coopérer avec les éléments de support qui définissent le premier siège, et en ce que le support de palpeur (12, 112) comporte une troisième série d'éléments de support (15, 123, 223) disposés symétriquement autour dudit axe pour coopérer avec les éléments de support qui définissent le second siège pour positionner le support de palpeur au repos.
3. 3. Détecteur de contact selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de support (18) qui définissent le premier siège (31), et les éléments de support (16) qui définissent le second siège (32), sont disposés en alternance sur un lieu circulaire.
4. 4. Détecteur de contact selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans une séquence quelconque de trois éléments de support successifs (16) solidaires de l'élément intermédiaire (14), le premier et le second définissent une paire de surfaces de contact convergentes (31B), chaque élément de support (18) qui définit le premier siège (31) coopérant avec lesdites surfaces convergentes (31B) pour positionner l'élément intermédiaire, les deuxième et troisième éléments de support (16) de la séquence définissant une seconde paire de surfaces de contact convergentes (32A), et chaque élément de support (15) solidaire du support de palpeur (12) coopérant avec la seconde paire de surfaces convergentes pour positionner le support de palpeur.
5. 5. Détecteur de contact selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de support (123) qui définissent le premier siège (131) sont disposés sur les mêmes rayons (RI, R2, R3) que les éléments de support (122) qui définissent le second siège (132).
6. 6. Détecteur de contact selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque élément de support (122) solidaire de l'élément intermédiaire (114) définit une paire de surfaces de contact espacées, chaque élément de support (123) qui définit le premier siège (131) coopérant avec l'une des surfaces de ladite paire pour positionner l'élément intermédiaire, et chaque élément de support (123) qui est solidaire du support de palpeur (112) coopérant avec l'autre surface de contact de la paire pour positionner le support de palpeur.
7. 7. Détecteur de contact selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premier et second sièges (31, 131 ; 32,132) sont situés dans un même plan.
8. 8. Détecteur de contact selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premier et second sièges (231, 232) sont situés dans des plans distincts.