CH639309A5 - Machine-outil avec une tete et un dispositif de mesure amovible. - Google Patents

Description

La présente invention concerne une machine-outil comprenant une tête et un dispositif de mesure amovible monté sur la tête.

L'art antérieur contient de nombreux exemples de machines de mesure de longueur comportant un détecteur de contact physique monté sur une tête qui est mobile par rapport à la pièce à mesurer. Le détecteur de contact comprend un circuit électrique qui change d'état lorsqu'un palpeur touche la pièce. Ce changement d'état se manifeste sous la forme d'un signal électrique qui est utilisé pour déterminer la position de la tête par rapport à une référence fixe. Le signal du détecteur de contact physique doit d'abord être transmis à la tête. Cependant, quand le détecteur de contact est un dispositif de mesure amovible monté et démonté par un chargeur automatique d'outil, il est préférable que les moyens de transmission du signal ne comprennent pas de contacts électriques sujets à des perturbations en ambiance industrielle relativement polluante. On a donc cherché

à transmettre le signal à travers une barrière isolante, telle qu'une lame d'air, par un couplage inductif entre le dispositif de mesure et la tête. A cet effet, on a employé un circuit oscillateur monté dans l'appareil de mesure et alimenté sur piles. Cependant, la nécessité de 5 contrôler le niveau des piles et de les remplacer périodiquement est une contrainte difficilement admissible dans une installation de production industrielle.

La présente invention a pour objet une machine-outil avec un dispositif de mesure ne présentant pas l'inconvénient cité. La 10 machine-outil de l'invention est définie par la revendication 1. Ce montage permet de surveiller l'état d'un circuit essentiellement passif, c'est-à-dire sans source électrique. Ainsi, dans cette machine-outil, le circuit du détecteur ne comporte plus de pile ou de batterie. Le couplage réactif peut être un couplage inductif ou capa-15 citif.

Les dessins annexés illustrent des exemples de la machine-outil objet de l'invention.

La fig. 1 est une vue schématique en élévation de la machine-20 outil de l'invention,

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

la fig. 3 est une vue dans le sens de la flèche III de la fig. 2,

la fig. 4 est un schéma électrique,

la fig. 5 est un diagramme de synchronisation des formes d'onde, 25 la fig. 6 est une vue schématique en élévation illustrant une variante de la machine-outil de l'invention.

Les fig. 1 et 2 représentent une partie d'une machine à commande numérique dont la tête porte-outil 10 peut recevoir différents outils interchangeables pour usiner une pièce 11. Les outils contenus 30 dans un magasin sont mis en place et enlevés de la tête par un changeur automatique d'outil de type connu. A la fin d'une opération d'usinage, l'outil est remplacé sur la tête par un dispositif de mesure 12.

Le dispositif de mesure comporte un palpeur 15 dont l'extrémité 35 sphérique 16 entre en contact avec la pièce. L'autre extrémité du palpeur 15 comporte trois bras radiaux 18 qui sont maintenus sur trois paires de contacts électriques 17 à l'intérieur d'un boîtier 14, Les contacts 17 sont reliés en série avec une bobine d'induction 20 pour constituer un premier circuit électrique 19. La bobine 20 est le 40 composant secondaire d'un couplage inductif 23. Au repos, le palpeur 15 repose par ses bras 18 sur les contacts 17 et le circuit 19 est fermé. Pour mesurer une longueur, la tête 10 est déplacée jusqu'à ce que l'extrémité sphérique 16 du palpeur touche la pièce 11, ce qui fait décoller au moins l'un des bras radiaux 18 des contacts électri-45 ques associés 17. L'ouverture du circuit 19 indique que le dispositif de mesure 12 se trouve dans une position prédéterminée par rapport à la pièce 11. Le circuit 19 se réduit dans ce cas à la bobine d'induction 20 et à un condensateur 22 monté en parallèle.

La bobine 20 est logée dans une saillie latérale 21 du boîtier 14 50 en face d'un petit boîtier 25 fixé sur le côté de la tête 10. Le boîtier 25 contient une unité de surveillance qui est sensible à l'état électrique (ouvert ou fermé) du circuit 19. Les faces adjacentes de la saillie 21 et du boîtier 25 sont séparées par une mince lame d'air 32, large d'environ 3 mm, qui évite un contact physique entre les deux 55 pièces au moment où le dispositif de mesure est monté sur la tête. Le système de fixation du dispositif de mesure comprend une queue conique standard 33, une clavette 33A et une vis 34 actionnée par un moteur. La clavette 33A assure un positionnement angulaire précis de la saillie 21 et du boîtier 25.

60 On voit sur la fig. 4 que l'unité de surveillance 26 comprend un circuit oscillateur 27 qui est constitué d'un nombre impair, trois dans l'exemple illustré, d'inverseurs digitaux 28A, 28B, 28C montés en série dans un second circuit 29. La sortie du dernier inverseur 28C est bouclée à l'entrée du premier inverseur 28A. Ce 65 montage permet d'obtenir une oscillation rectangulaire représentée par la forme d'onde 29A de la fig. 5. Les paramètres de cette oscillation (fréquence, amplitude et phase) sont déterminés par l'impédance du circuit 29. Cette impédance est elle-même conditionnée par

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les valeurs de certains composants du circuit, dont une bobine d'induction 30 qui est le composant primaire du couplage inductif 23.

Les bobines 20 et 30 sont disposées à proximité l'une de l'autre pour qu'il existe entre elles une mutuelle induction. Par ce moyen, les oscillations du circuit 29 sont transmises au circuit 19 et l'impé- 5 dance opposée à l'oscillation primaire 29A dépend de l'interaction des circuits 29 et 19, et notamment de l'état électrique du circuit 19. En d'autres termes, du fait du couplage des deux bobines 20 et 30, un changement d'impédance dans le circuit 19 (ouverture ou fermeture) entraîne une variation des paramètres de l'oscillation primaire. 10

Ces paramètres sont la fréquence, l'amplitude et la phase de l'onde 29A de la fig. 5. L'exemple illustré est basé sur la fréquence, ou plutôt sur la période de l'oscillation primaire. Le circuit 29 est calculé de façon que l'onde 29A ait une période longue 29C quand le circuit 19 est ouvert et une période courte 29B quand le circuit 19 est 15 fermé.

Le changement de fréquence de l'oscillation primaire est détecté à la sortie du troisième inverseur 28C par un circuit 35 comprenant deux monostables 36 et 37 en série. Chaque monostable est armé pour une période prédéterminée par le front montant d'une impul- 2o sion d'entrée, sa sortie normale étant au niveau binaire 1 et sa sortie inversée étant au niveau binaire 0. Ces monostables sont de type réarmable, c'est-à-dire que si une nouvelle impulsion d'entrée survient avant la fin de la période, l'état armé est prolongé d'une période complète. Ainsi, la sortie normale reste au niveau 1 tant que 25 des impulsions d'entrée sont reçues à une fréquence suffisante.

Le premier monostable 36 fournit une sortie 36A avec une période de maintien 36B qui est plus longue que la période courte 29B et plus courte que la période longue 29C de l'oscillation primaire.

En conséquence, la sortie 36A (fig. 5) du premier monostable 36 30 est maintenue au niveau 1 tant que le circuit 19 est fermé. Par contre, lorsque le circuit 19 est ouvert, la sortie 36A descend périodiquement au niveau 0 à la fin de la période 36B et remonte au niveau 1 lorsque apparaît le front montant suivant 29D de l'oscillation primaire. Sur la fig. 5, ces périodes basses se traduisent par de 35 brèves impulsions négatives 36C dont la durée est égale à la différence de la période longue 29C de l'oscillation et de la période de maintien 36B du monostable 36.

La sortie 36A du premier monostable est appliquée à l'entrée du second monostable 37 dont la période de maintien 37B est plus 40 longue que la période longue 29C (circuit 19 ouvert) de l'oscillation primaire. Tant que le circuit 19 est fermé, la sortie du premier monostable 36 reste au niveau 1 et le second monostable 37 n'est pas armé, de sorte que sa sortie inversée 37 AI fournit un signal 1 permanent. A l'ouverture du circuit 19, la sortie du monostable 36 présente 45 un front montant 36D coïncidant avec chaque front montant 29D de l'oscillation primaire, et le second monostable 37 est armé en permanence. Sa sortie 37AI est donc parfaitement représentative de l'état d'impédance du circuit 19.

La réponse du circuit 29 et du détecteur 35 à l'ouverture du 50 circuit 19 doit être autant que possible indépendante de la vitesse de déplacement du dispositif de mesure en direction de la pièce. Pour cela, il est souhaitable d'utiliser une fréquence relativement haute, par exemple 500 kHz, ce qui correspond à une période 29C de 2 us pour l'oscillation primaire quand le circuit 19 est ouvert. La varia- 55 tion due à la fermeture du circuit 19 est de l'ordre de 10%, soit une fréquence de 450 kHz et une période 29B de 1,8 |is.

A l'ouverture du circuit 19, le changement de fréquence n'est pas instantané et la durée des impulsions négatives 36C passe progressivement de zéro à un maximum sur un intervalle de temps qui peut 60 être exagérément long lorsqu'on désire une réponse ultrarapide au contact du palpeur et de la pièce. Pour obtenir une réponse rapide et franche aux impulsions 36C naissantes, on utilise la sortie normale 37A du second monostable 37 pour raccourcir la période du premier monostable 36 en agissant sur son circuit de temporisation 38. Grâce à cet artifice, l'impulsion 36C est élargie à une durée 36C1 et forme un front montant bien défini 36D qui est capable d'armer immédiatement le second monostable 37.

On a vu précédemment que la transition de la période courte 29B à la période longue 29C de l'oscillation primaire n'était pas instantanée. L'une des causes de ce phénomène est la variation progressive de la résistance des contacts 17,18 qui évolue avec la pression qu'ils supportent et ne devient infinie qu'au moment de leur séparation physique. Le condensateur 22 est un détail non essentiel du circuit.

L'unité de surveillance 26 est alimentée par une source continue 39 qui est généralement reliée au secteur. Par contre, l'énergie d'oscillation du circuit 19 est fournie par le couplage 23 sans aucun contact électrique, ce qui simplifie le montage et le démontage du dispositif de mesure 12.

La fig. 6 illustre une autre forme de dispositif de mesure 112 dont le palpeur 115, les contacts 117 et 118 et le circuit 119 sont semblables à ceux de la fig. 1. Par contre, le couplage 123 est de type capacitif et comprend un premier condensateur 124 formé par des plaques 120, 130 et un second condensateur 124A formé par des plaques 120A, 130A séparées par des lames d'air 132.

Le circuit 119 est relié aux plaques 120, 120A et peut comporter une autre capacité 122 en parallèle avec la chaîne des contacts 117, 118. Un second circuit 129 correspondant au circuit 29 de la fig. 4 est relié aux plaques 130, 130A et comprend un oscillateur 127. L'impédance opposée aux oscillations dans le circuit 129 est déterminée par l'interaction capacitive des circuits 119,129 et change selon l'état du circuit 119. Ainsi, l'ouverture et la fermeture des contacts 117,118 se traduit par une variation des paramètres de l'oscillation primaire qui est détectée par un circuit 135, analogue au circuit de détection 35 de la fig. 4, qui fournit une sortie 137AI.

Dans le montage de la fig. 6, le circuit 119 est normalement ouvert et se ferme lorsque le palpeur 115 rencontre la pièce 11. Pour cela, le palpeur 115 comporte une partie conductrice 140 qui est reliée à l'un des condensateurs 124, l'autre condensateur 124A étant relié à la masse, c'est-à-dire à la tête 10 par une pièce conductrice 140A. La pièce 11 est conductrice et reliée à la masse. Au moment où le palpeur 115 touche la pièce 11, le circuit 119 se ferme, et inversement.

En d'autres termes, le signal 137AI change d'état en fonction de l'entrée en contact du palpeur 115 et de la pièce 11. Dans ce cas, le dispositif de mesure 112 ne contient qu'une partie du circuit 119, le reste étant formé par la masse électrique commune de la pièce 11, de la tête 10 et du bâti de la machine. Il est évident que les bras cylindriques 118 et les contacts sphériques 117 ne servent qu'à supporter mécaniquement le palpeur 115 et n'ont aucun rôle électrique. En variante, le couplage 123 pourrait être de type inductif.

Dans les deux exemples décrits, l'état électrique du circuit 19 ou 119 change à l'ouverture ou à la fermeture des contacts, c'est-à-dire que sa résistance varie brusquement entre une valeur nulle et une valeur infinie. Ce brusque changement d'état d'un circuit essentiellement passif est avantageux, car il produit dans le second circuit 29 ou 129 une puissante réaction qui facilite la détection du changement d'état.

Si dans l'exemple décrit on a utilisé un palpeur touchant la pièce à mesurer et des contacts ouverts ou fermés, il est évident que l'impédance présentée par le premier circuit aux oscillations peut être modifiée par d'autres moyens bien connus de l'homme du métier dès que le dispositif est placé dans une position déterminée — de contact ou de proximité — par rapport à la pièce d'usinage à mesurer.

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2 feuilles dessins

Claims (6)

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   REVENDICATIONS

   1. Machine-outil comprenant une tête et un dispositif de mesure amovible monté sur la tête, la tête étant déplaçable par rapport à une pièce d'usinage pour placer le dispositif de mesure dans une position déterminée par rapport à la pièce d'usinage afin d'effectuer une mesure de la pièce d'usinage, caractérisée par un premier circuit électrique dépourvu de toute alimentation d'énergie, agencé sur le dispositif de mesure, par un second circuit électrique agencé sur la tête, par un couplage réactif entre des pièces adjacentes de couplage électrique agencées respectivement dans des portions qui se font face de la tête et du dispositif de mesure, ces portions étant séparées l'une de l'autre par une fente d'air, les pièces de couplage électrique étant branchées respectivement dans les premier et second circuits électriques, par un oscillateur branché au second circuit pour y générer des oscillations transmettables au premier circuit grâce au couplage, le couplage des circuits et en particulier l'état du premier circuit déterminant l'impédance présentée à ces oscillations, par des moyens agencés sur le dispositif de mesure pour changer l'état du premier circuit, et ainsi cette impédance, lorsque le dispositif est placé dans ladite position déterminée, par rapport à la pièce d'usinage à mesurer, et par un moyen de détection relié au second circuit pour détecter des changements dans les oscillations du second circuit dus à un changement de cette impédance.
2. 2. Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour changer l'état du premier circuit comprennent un moyen pour modifier la résistance du premier circuit.
3. 3. Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour changer l'état du premier circuit comprennent un moyen pour ouvrir et fermer le premier circuit.
4. 4. Machine-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que le second circuit est agencé de manière que le changement d'impédance se traduise par une variation de la période des oscillations et que le moyen de détection comprend un moyen pour détecter une modification de la période des oscillations.
5. 5. Machine-outil selon la revendication 4, caractérisée en ce que le moyen de détection comprend un circuit monostable branché au second circuit, ce circuit monostable étant remis à zéro par des oscillations successives dans le second circuit, et présentant une période déterminée de maintien plus longue que les périodes les plus courtes et plus courte que les périodes les plus longues des oscillations afin de fournir une série d'impulsions lorsque la période des oscillations dépasse la période de maintien du circuit monostable, et un moyen pour fournir un signal de sortie continu lorsque de telles impulsions apparaissent.
6. 6. Machine-outil selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour diminuer la période déterminée de maintien du circuit monostable lorsqu'un tel signal de sortie continu apparaît.