La présente invention a pour objet un appareil pour la mesure tridimensionnelle d'objets tels que par exemple des pièces mécaniques de turbines, de moteurs ou de machines-outils, selon trois axes référentiels de coordonnées rectangulaires x, y et z.
Cet appareil est d'un genre connu comprenant:
- une table plane pour supporter les objets à mesurer,
- un dispositif de détection plan de type réseau, parallèle à la table plane et comportant un réseau d'organes détecteurs orientés selon deux premiers axes référentiels de coordonnées rectangulaires de son plan, abcisses x et ordonnées y,
- une colonne mobile comportant une semelle d'appui plane reposant sur la table plane et susceptible d'être déplacée aléatoirement sur celle-ci,
- deux organes de repérage ponctuel associés à la colonne mobile, en positions fixes par rapport à celle-ci, espacés l'un de l'autre et définissant un segment de droite parallèle à la table plane,
le réseau d'organes détecteurs étant sensible à des variations de position de chacun de ces deux organes de repérage ponctuel provoquées par les déplacements aléatoires de la colonne mobile pour détecter la position de chacun des deux points d'extrémité du segment de droite précité par référence aux deux premiers axes de coordonnées rectangulaires,
- une glissière rectiligne solidaire de la colonne mobile, perpendiculaire au plan de la table plane et définissant un troisième axe de coordonnées, hauteurs z, perpendiculaire aux deux premiers,
- un chariot déplaçable le long de la glissière rectiligne,
- un palpeur fixé au chariot et comportant une touche sphérique de diamètre donné en position déportée par rapport à la semelle d'appui de la colonne mobile et dont le centre constitue référence de mesure,
- un dispositif de détection linéaire associé à la glissière et au chariot et comportant un organe détecteur sensible aux déplacements du chariot pour détecter la position du centre de référence de la touche sphérique sur le troisième axe de coordonnées défini par cette glissière,
- un circuit transducteur de mesure relié au dispositif de détection plan et par ailleurs à l'organe détecteur du dispositif de détection linéaire et aux deux organes de repérage ponctuel de la colonne mobile, et une unité de calcul programmable reliée audit circuit, pour calculer les coordonnées, abcisse et ordonnée,
du point de contact de la touche sphérique avec un objet à mesurer à partir des positions des deux organes de repérage ponctuels de la colonne mobile détectées par le dispositif de détection plan, de la donnée de la position relative de la projection orthogonale du centre de référence de la touche sphérique sur le dispositif de détection plan par rapport aux positions de ces deux organes de repérage ponctuels, et du diamètre de ladite touche sphérique, et pour calculer la hauteur z de ce même point de contact de la touche sphérique avec l'objet à mesurer à partir de la position de son centre de référence détectée par le dispositif de détection linéaire, et de son diamètre, selon un algorithme de calcul de programmation de l'unité de calcul.
Dans un appareil connu de ce genre, décrit dans la demande de brevet européen publiée sous le No 0216041, les deux organes de repérage ponctuels associés à la colonne mobile sont fixés à la semelle plane de celle-ci et le dispositif de détection plan de type réseau est intégré à la table plane destinée à supporter les objets à mesurer.
Par comparaison avec les appareils connus dans lesquels la touche de mesure est également déplacée par guidages rectilignes dans les directions des abcisses x et des ordonnées y, cet appareil présente, en plus des avantages relatifs à la suppression de ces guidages rectilignes, celui de permettre à l'opérateur de déplacer la colonne mobile à laquelle est associée la touche de mesure tout autour d'une pièce à mesurer.
Il est ainsi possible, sans devoir changer l'orientation ou la forme de la touche ni l'orientation de la pièce à mesurer, de palper dans quelques azimuts qu'ils soient tous ses éléments.
Et la mesure est rendue toujours possible du fait de la connaissance des coordonnées des deux organes de repérage ponctuels associés à la semelle de la colonne mobile et de l'orientation du segment de droite défini par ces deux organes dans le plan de ces coordonnées.
Dans l'agencement de cet appareil de mesure connu et du fait de l'inclusion du dispositif de détection plan du type réseau dans la table plane, la surface de cette dernière doit être rigoureusement plane et très dure afin d'assurer à la fois la précision de mesure requise et une bonne résistance aux frottements et impacts éventuels de la pièce à mesurer et de la semelle de la colonne de mesure pour ne pas être détériorée par ces phénomènes. Cette surface est en fait celle d'une couche isolante d'un matériau de protection des électrodes sensibles du dispositif réseau qui doit être assez fine et d'homogé néité constante pour pouvoir assurer en tous points une constante dans les caractéristiques de transfert des signaux entre les électrodes du dispositif réseau et les deux organes de repérage ponctuel de la semelle de la colonne mobile.
En outre, la surface du dispositif réseau et sa couche de protection doivent nécessairement couvrir toute la surface de travail de la table destinée à supporter une pièce à mesurer qui peut être de grandes dimensions, comme certains éléments de turbine, de moteur ou de machine-outils.
Ces conditions nécessaires à la précision, à la fiabilité et à la capacité de mesure de cet appareil connu constituent des contraintes que l'invention a pour but d'éviter tout en préservant ces critères de qualité.
A cet effet, l'appareil de mesure selon l'invention est caractérisé en ce que le dispositif de détection plan de type réseau est indépendant de la table plane et de la colonne mobile, disposé au-dessus du niveau supérieur de l'encombrement de cette dernière par rapport à la table plane, et présente une surface sensible au moins égale à une partie de la surface de travail de la table plane, et en ce que les deux organes de repérage ponctuel sont fixés à l'extrémité de la colonne mobile opposée à sa semelle et en regard du plan du dispositif de détection plan de type réseau, et sans contact avec celui-ci.
De la sorte, la surface du dispositif de détection plan de type réseau n'est plus soumise aux déplacements de la colonne mobile sur la table plane. La couche de matériau de protection qui compose cette surface n'a ainsi plus besoin de présenter des qualités de planéité absolue ni de résistance aux frottements et chocs éventuels; cette couche peut par conséquent être très fine, ce qui permet d'assurer sans difficultés une constante dans ses caractéristiques de transfert des signaux entre les éléments sensibles du dispositif réseau et les deux organes de repérage ponctuel de la colonne mobile.
En outre, et ce n'est pas là le moindre intérêt, il n'est plus indispensable que le dispositif de détection plan couvre toute la surface de travail de la table plane lorsque celle-ci est de grandes dimensions.
En effet, dans ce cas, la surface de ce dispositif réseau peut ne représenter qu'une partie de la surface de travail de la table plane et ce dispositif peut être monté mobile par translation dans son plan selon au moins la direction de l'un de ses deux axes référentiels de coordonnées rectangulaires, afin de pouvoir couvrir toute la surface de travail précitée par déplacements successifs, la valeur algébrique de ces déplacements étant prise en compte dans le calcul de la coordonnée de mesure correspondante.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La figure 1 est une vue d'ensemble en perspective de la première forme d'exécution.
La figure 2 est un schéma géométrique illustrant le principe de la mesure effectuée.
La figure 3 est un schéma bloc du circuit de mesure.
La figure 4 est une vue d'ensemble en perspective de la seconde forme d'exécution.
L'appareil de mesure représenté figure 1 est composé globalement d'une table 1 destinée à supporter un objet à mesurer, d'une colonne mobile 3 à semelle d'appui 4 reposant sur la table 1 et destinée à être déplacée aléatoirement sur celle-ci, supportant un palpeur à touche de mesure sphérique 7 mobile verticalement par rapport à la semelle 4 et destinée à palper l'objet à mesurer, et d'un dispositif de détection plan 2 de type réseau parallèle à la table plane 1, indépendant de celle-ci et de la colonne mobile 3.
Le dispositif de détection plan 2 est disposé au-dessus du niveau supérieur de l'encombrement de la colonne mobile 3 par rapport à la table plane 1; il est fixé sous une console 16 solidaire d'un montant 17 dont le pied est fixé à la table plane 1, l'ensemble de ces trois éléments formant ici une unité rigide.
Ce dispositif de détection plan 2, représenté schématiquement figure 2, peut être de tout genre connu, tel que par exemple le système électrostatique de coordonnées décrit dans la demande de brevet anglais publiée no 2 131 956 et représenté figure 1 et 2 de ce document, et dont le plan de détection est constitué par un réseau d'électrodes rectilignes X1, X2........XN et Y1, Y2........YN disposées parallèlement à deux axes référentiels de coordonnées rectangulaires, abcisses x et ordonnées y. La surface de ce dispositif est recouverte d'une fine couche isolante d'un matériau de protection des éléments sensibles qui la composent.
La colonne mobile 3 comporte une glissière rectiligne 5 perpendiculaire à la surface d'appui plane de sa semelle 4, c'est-à-dire en fait à la table plane 1, et un chariot 6 déplaçable le long de cette glissière sur lequel est fixé le palpeur à touche de mesure sphérique 7 en position déportée par rapport à la semelle d'appui 4. La glissière rectiligne 5 définit ainsi un troisième axe de coordonnées, hauteurs z, perpendiculaire aux deux premiers x et y.
Les déplacements du chariot 6, et donc du palpeur à touche sphérique 7 qui lui est associé, le long de ce troisième axe de coordonnées z, sont détectés par un dispositif de détection linéaire par exemple opto-électronique de type usuel, composé d'une règle graduée en verre 8 fixée à la glissière 5 et d'un capteur opto-électronique 30 constituant l'organe sensible de ce dispositif fixé au chariot 6.
Le chariot 6 est déplaçable le long de la glissière 5 par le moyen d'un volant de manoeuvre 13 connecté à un dispositif de transmission, non visible sur le dessin, par exemple du type poulies-courroies, intégré à la colonne mobile 3.
A son extrémité supérieure opposée à sa semelle d'appui 4, la colonne mobile 3 comporte deux organes de repérage ponctuel 10 et 20, ici des électrodes ponctuelles, en positions fixes et espacés l'un de l'autre, fixés sur un chapeau 18 solidaire de la colonne mobile 3 en regard du plan du dispositif de détection plan 2 et sans contact avec celui-ci.
Ces deux organes de repérage ponctuel 10 et 20 définissent un segment de droite P1P2 (fig. 2) parallèle au plan du dispositif de détection plan 2 et à la table plane 1. Les organes détecteurs de ce dispositif, qui sont ici les électrodes rectilignes X1_N et Y1_N, sont sensibles à des variations de position de chacun des deux organes de repérage ponctuel 10 et 20 provoquées par les déplacements aléatoires de la colonne mobile 3 sur la table plane 1, lors d'une opération de prise de mesure.
Il est ainsi possible de détecter la position de chacun des deux points d'extrémité du segment de droite P1P2 précité par référence aux deux premiers axes de coordonnées rectangulaires x et y, et par conséquent de déterminer les coordonnées x et y de la projection orthogonale ou trace P min du centre de référence P de la touche sphérique 7 sur le plan du dispositif de détection plan 2 par la relation géométrique liant cette trace P min au segment de droite P1P2 précité.
Dans l'exemple d'exécution représenté, cette trace P min est située dans le prolongement du segment de droite P1P2 à une distance L prédéterminée de l'un de ces deux points, ici le point P2, et cette distance L, significative du déport de la touche sphérique par rapport à la semelle d'appui 4, est prévue suffisante pour que cette dernière ne vienne pas buter contre l'objet à mesurer lors d'une opération de prise de mesure.
Dans le but de faciliter les déplacements de la colonne mobile 3 sur la table plane 1, un dispositif de sustentation à coussin d'air 14 de type usuel est intégré à la semelle d'appui plane 4.
Un boîtier 9 présentant un pupitre de commande 11 et un tableau d'affichage de valeurs de mesure 12 est fixé à la colonne mobile 3.
Dans le boîtier 9 sont installés les circuits usuels d'alimentation des organes sensibles des dispositifs de détection plan et linéaire, ainsi qu'un circuit transducteur de mesure 19 et une unité de calcul programmable 21, arrangés et reliés selon le schéma bloc de la figure 3.
Le circuit transducteur 19, qui est approprié de manière usuelle à la mise en forme et à la quantification des signaux produits par les organes sensibles des dispositifs de détection, est relié d'une part par un câble 15, visible également figure 1, aux organes sensibles X1_N et YCHF>1_N</CHF> du dispositif de détection plan de type réseau 2 et d'autre part aux deux organes de repérage ponctuel 10 et 20 ainsi qu'à l'organe sensible 30 du dispositif de détection linéaire associés à la colonne mobile 3. L'élément 40 ainsi que ses liaisons représentées en traits interrompus ne se rapportent pas à cette forme d'exécution mais à la seconde qui sera décrite plus loin.
L'unité de calcul programmable 21, qui peut être consitutée par exemple par un micro-processeur de type usuel, est reliée d'une part au circuit transducteur 19 et d'autre part au pupitre de commande 11 et au tableau d'affichage de valeurs de mesure 12.
Lors d'une prise de mesure, la colonne mobile 3 est déplacée aléatoirement sur la table 1 et le chariot 6 est déplacé le long de la glissière 5 par l'opérateur jusqu'à mettre la touche sphérique 7 du palpeur en contact avec l'objet à mesurer, par exemple en un point initial de mesure dont on désire connaître les coordonnées x, y et z par rapport à un zéro préalablement affiché par l'opérateur sur le tableau d'affichage 12 pour chacun de ces axes de coordonnées.
Une fois la colonne mobile 3 immobilisée sur la table 1 en position de contact de la touche sphérique 7 sur l'objet à mesurer, ici par relâchement de la pression d'air du dispositif de sustentation 14, et les circuits de mesurage enclenchés, le calcul des coordonnées de ce point de contact est effectué par l'unité de calcul de la manière suivante:
- Le calcul de l'abcisse x et de l'ordonnée y est effectué à partir des positions des deux points d'extrémité du segment de droite P1P2 matérialisés par les deux organes de repérage ponctuel 10 et 20, détectées par le dispositif de détection plan de type réseau 2, de la position relati ve connue de la trace P min du centre de référence P de la touche sphérique 7 par rapport à ces deux points qui est définie par la distance L déjà mentionnée, et du diamètre D de la touche sphérique 7.
Le calcul de la hauteur z est effectué à partir de la position du centre P de la touche par le dispositif de détection linéaire associé à la colonne mobile 3 et qui est ici fournie directement par le capteur optoélectronique 30 fixé au chariot 6, et du diamètre D de cette touche.
En ce qui concerne le calcul des coordonnées x et y du centre P de la touche sphérique, l'algorithme de programmation de l'unité de calcul 21 peut être établi à partir des formules mathématiques suivantes, données à titre purement indicatif: Données délivrées par le dispositif de détection plan 2:
EMI10.1
Avec la position de la trace P min du centre P de la touche sphérique 7 et en prenant pour vecteur de direction normé le vecteur
EMI10.2
on obtient la relation:
EMI10.3
Et avec les valeurs précédentes X1, Y1 et X2, Y2 relatives aux positions détectées des organes de repérage ponctuel 10 et 20, on obtient ainsi les coordonnées x et y du point central de la bille:
x = X1 + eX.L
y = Y1 + eY.L
Il est bien évident que, quelle que soit la position relative de la trace P min du centre de référence de la touche sphérique 7 par rapport au segment de droite P1P2, il est toujours possible d'effectuer le calcul de ses coordonnées x et y. Concrètement, ceci permet l'utilisation de palpeurs à touche sphérique de longueurs et d'orientations différentes par rapport à la semelle d'appui 4, à charge toutefois pour l'opérateur de changer chaque fois l'algorithme de programmation de l'unité de calcul.
Grâce au concept de l'invention, seule la table plane est sujette à d'éventuels frottements et chocs au cours des manipulations et déplacements de l'objet à mesurer et de la colonne mobile. Ceci fait que la surface sensible du dispositif de détection plan de type réseau n'a plus besoin d'être particulièrement dure ou plane. Cette surface sensible est en outre mieux protégée des risques de pollution par des poussières métalliques ou par des graisses ou huiles, du fait de sa position au-dessus de la zone occupée par l'objet à mesurer et influencée par les manipulations de celui-ci, et ceci est appréciable pour la fiabilité du dispositif de détection plan de type réseau.
Dans la technique de production de ce genre de dispositif de détection plan, il est nécessaire d'apporter d'autant plus de soins et de précisions que leur surface est grande. Il est clair que lorsque l'on doit mesurer des objets de grandes dimensions à l'aide d'un appareil de mesure du genre de celui cité en début d'exposé, dans lequel ce dispositif est intégré à la table plane destinée à supporter de tels objets, il n'est pas possible d'éviter cette contrainte supplémentaire.
Et c'est là un autre avantage inhérent au concept de l'invention que de permettre d'éviter cette contrainte supplémentaire, comme il a déjà été énoncé et comme il va clairement ressortir de la seconde forme d'exécution de l'appareil de mesure représentée figure 4.
Dans cette seconde forme d'exécution, l'appareil de mesure est plus particulièrement approprié à la mesure tridimensionnelle d'objets de grande longueur.
La table 100 destinée à supporter de tels objets est ici rectangulaire et la surface sensible du dispositif de détection plan de type réseau 2 est étendue sur toute la largeur de cette table plane et sur une partie seulement de sa longueur, et le dispositif de détection plan 2 est monté mobile par translation dans la direction de cette longueur.
Pour obtenir cela, le dispositif de détection plan 2 est fixé sous une console mobile 160 montée coulissante sur une glissière 22 parallèle à la table plane 100 et étendue dans la direction de la longueur de celle-ci.
La glissière 22 est fixée par ses deux extrémités à deux montants 170 et 171 dont les pieds sont reliés à la table plane, l'ensemble de ces éléments formant une unité rigide.
Le dispositif de détection plan 2 est fixé sous la console 160 de manière à ce que l'un de ses deux axes référentiels de coordonnées, ici l'axe des abcisses x, soit parallèle à la glissière 22.
Les déplacements de la console mobile 160 le long de la glissière 22 sont commandés par le moyen d'un volant de manoeuvre 23 connecté à un dispositif de transmission du genre pignon-crémaillère intégré à la glissière 22 et comportant un élément de blocage de position.
Ces déplacements, qui se font ainsi parallèlement à la direction de l'axe référentiel des abcisses x du dispositif de détection plan 2, sont détectés par un second dispositif de détection linéaire, ici également du type opto-électronique usuel et comprenant une règle graduée en verre 24 fixée à la glissière 22 et un capteur opto-électronique 40 constituant l'organe sensible de ce dispositif, fixé à la console mobile 160.
Les signaux de mesure en provenance des organes sensibles des dispositifs de détection sont ici traités comme dans la première forme d'exécution selon le schéma de la figure 3, avec en plus une liaison entre l'organe sensible 40 du second dispositif de détection linéaire et le transducteur de mesure 19, comme représenté en traits interrompus sur ce schéma.
L'unité de calcul 21 est ici programmée, en plus de ses fonctions déjà énoncées précédemment dans la description de la première forme d'exécution, pour pouvoir effectuer la somme algébrique des déplacements de la console mobile 160 le long de la glissière 22, donc dans la direction de l'axe des abcisses x du dispositif de détection plan 2, avec ceux de la colonne mobile 3, et donc de la touche de mesure 7, de même direction.
De la sorte, lors d'une prise de mesure d'un élément d'un objet à mesurer dont l'étendue dépasse le champ capable du dispositif de détection plan 2 dans la direction de l'axe des abcisses x, l'opérateur, après avoir effectué l'initialisation de la mesure, par exemple sur un point de contact de la touche signifiant l'origine d'une cote de longueur à mesurer, déplace simultanément la colonne mobile 3 et la console mobile 160 jusqu'à pouvoir mettre la touche en contact avec un deuxième point signifiant l'extrémité de cette cote de longueur, en s'assurant qu'il n'y a pas perte de signal entre les deux organes de repérage ponctuel de la colonne mobile 3 et le dispositif de détection plan 2. A ce moment, l'opérateur immobilise la console mobile 160, la colonne mobile 3 et déclenche la prise de mesure.
A partir du concept de cette deuxième forme d'exécution, il est bien clair que l'on peut également prévoir une variante dans laquelle la console 160 est déplaçable non plus seulement dans une seule direction mais dans les deux, selon les axes référentiels de coordonnées x et y du dispositif de détection plan 2. Une variante de ce genre, non représentée par le dessin, est avantageuse pour la mesure tridimentionnelle de grandes pièces dont les deux dimensions en x et y sont nettement supérieures à celles qui peuvent être considérées comme limites acceptables des deux dimensions du dispositif de détection plan de type réseau.
Dans ce cas, il est possible par exemple de fixer la glissière 22 sur la traverse d'un portique dont les deux montants enjambent la table plane, ce portique étant par ailleurs prévu mobile par translation dans la direction de l'autre axe de coordonnées y du dispositif de détection plan 2.
Un troisième dispositif de détection linéaire peut alors être prévu et connecté au transducteur de mesure 19 pour pouvoir sommer les déplacements en y du portique et de la colonne mobile 3, de la même manière que pour les déplacements en x décrite précédemment dans la seconde forme d'exécution.
Le dispositif de sustentation par coussin d'air 14 de la semelle de la colonne mobile 3 n'est évidemment pas indispensable, mais il facilite le déplacement de cette colonne sur la table plane.
Le mode de fixation par console et montant du dispositif de détection plan 2 n'est évidemment pas limitatif et tout autre système de maintien peut être appliqué dans la mesure où il assure le parallélisme et l'écartement fixe entre son plan et celui de la table plane 1; ce dispositif peut être par exemple fixé à une paroi du local de mesure ou suspendu au plafond de celui-ci. Dans la première forme d'exécution, il est également possible de prévoir l'escamotage de ce dispositif de détection 2 du dessus de la table pour faciliter la mise en place d'une pièce à mesurer, par exemple par translation ou pivotement latéral dans son plan.
The subject of the present invention is an apparatus for the three-dimensional measurement of objects such as for example mechanical parts of turbines, engines or machine tools, along three referential axes of rectangular coordinates x, y and z.
This device is of a known type comprising:
- a flat table to support the objects to be measured,
a network-type plane detection device, parallel to the flat table and comprising a network of detector members oriented along two first referential axes of rectangular coordinates of its plane, abscissae x and ordinates y,
a mobile column comprising a flat support base resting on the flat table and capable of being moved randomly thereon,
- two punctual locating members associated with the movable column, in fixed positions relative to the latter, spaced from one another and defining a straight line parallel to the flat table,
the network of detector members being sensitive to variations in the position of each of these two punctual locating members caused by the random movements of the mobile column to detect the position of each of the two end points of the line segment mentioned above by reference to the first two axes of rectangular coordinates,
- a rectilinear slide secured to the mobile column, perpendicular to the plane of the flat table and defining a third coordinate axis, heights z, perpendicular to the first two,
- a carriage movable along the rectilinear slide,
- a probe attached to the carriage and comprising a spherical key of given diameter in the offset position relative to the support base of the mobile column and the center of which constitutes a measurement reference,
a linear detection device associated with the slide and with the carriage and comprising a detector member sensitive to the movements of the carriage to detect the position of the reference center of the spherical key on the third coordinate axis defined by this slide,
a measurement transducer circuit connected to the planar detection device and also to the detector member of the linear detection device and to the two punctual locating members of the mobile column, and a programmable calculation unit connected to said circuit, for calculating the coordinates, abscissa and ordered,
of the point of contact of the spherical key with an object to be measured from the positions of the two punctual locating members of the mobile column detected by the plane detection device, of the data of the relative position of the orthogonal projection of the reference center of the spherical key on the plane detection device with respect to the positions of these two punctual locating members, and of the diameter of said spherical key, and to calculate the height z of this same point of contact of the spherical key with the object to be measured from the position of its reference center detected by the linear detection device, and from its diameter, according to a programming calculation algorithm of the calculation unit.
In a known device of this kind, described in the European patent application published under No. 0216041, the two punctual locating members associated with the movable column are fixed to the planar sole thereof and the planar type detection device network is integrated into the flat table intended to support the objects to be measured.
By comparison with known devices in which the measuring key is also moved by rectilinear guides in the directions of the x-coordinates and the y-ordinates, this device has, in addition to the advantages relating to the elimination of these rectilinear guides, that of allowing the operator to move the mobile column with which the measurement key is associated all around a part to be measured.
It is thus possible, without having to change the orientation or the shape of the key or the orientation of the part to be measured, to feel in a few directions that they are all its elements.
And the measurement is always made possible because of the knowledge of the coordinates of the two punctual locating members associated with the sole of the mobile column and of the orientation of the line segment defined by these two bodies in the plane of these coordinates.
In the arrangement of this known measuring device and due to the inclusion of the network type flat detection device in the flat table, the surface of the latter must be strictly flat and very hard in order to ensure both the required measurement accuracy and good resistance to friction and possible impacts of the part to be measured and of the base of the measurement column so as not to be damaged by these phenomena. This surface is in fact that of an insulating layer of a material for protecting the sensitive electrodes of the network device which must be thin enough and constant homogeneity to be able to ensure at all points a constant in the characteristics of transfer of signals between the electrodes of the network device and the two punctual locating members of the sole of the mobile column.
In addition, the surface of the network device and its protective layer must necessarily cover the entire working surface of the table intended to support a part to be measured which can be large, such as certain turbine, motor or machine elements. tools.
These conditions necessary for the precision, reliability and measurement capacity of this known device constitute constraints that the invention aims to avoid while preserving these quality criteria.
To this end, the measuring device according to the invention is characterized in that the network type flat detection device is independent of the flat table and the mobile column, placed above the upper level of the space requirement. the latter relative to the flat table, and has a sensitive surface at least equal to a part of the working surface of the flat table, and in that the two punctual locating members are fixed to the end of the movable column opposite its sole and facing the plane of the network-type plane detection device, and without contact with it.
In this way, the surface of the network type plane detection device is no longer subjected to the movements of the mobile column on the flat table. The layer of protective material that makes up this surface thus no longer needs to have qualities of absolute flatness or resistance to friction and possible shocks; this layer can therefore be very thin, which makes it possible to ensure without difficulty a constant in its signal transfer characteristics between the sensitive elements of the network device and the two punctual locating members of the mobile column.
In addition, and this is not the slightest interest, it is no longer essential that the planar detection device covers the entire working surface of the planar table when the latter is of large dimensions.
Indeed, in this case, the surface of this network device can represent only part of the working surface of the flat table and this device can be mounted movable by translation in its plane in at least the direction of one of its two referential axes of rectangular coordinates, in order to be able to cover the entire aforementioned working surface by successive displacements, the algebraic value of these displacements being taken into account in the calculation of the corresponding measurement coordinate.
The accompanying drawing shows, by way of example, two embodiments of the subject of the invention.
Figure 1 is an overall perspective view of the first embodiment.
FIG. 2 is a geometric diagram illustrating the principle of the measurement carried out.
Figure 3 is a block diagram of the measurement circuit.
Figure 4 is an overall perspective view of the second embodiment.
The measuring device represented in FIG. 1 is generally composed of a table 1 intended to support an object to be measured, of a mobile column 3 with a support base 4 resting on the table 1 and intended to be moved randomly thereon. ci, supporting a probe with spherical measurement key 7 movable vertically with respect to the sole 4 and intended to feel the object to be measured, and of a plane detection device 2 of network type parallel to the plane table 1, independent of this and the mobile column 3.
The plane detection device 2 is disposed above the upper level of the size of the mobile column 3 relative to the plane table 1; it is fixed under a console 16 secured to an upright 17, the base of which is fixed to the flat table 1, all of these three elements here forming a rigid unit.
This plane detection device 2, shown diagrammatically in FIG. 2, can be of any known type, such as for example the electrostatic coordinate system described in the published British patent application no. 2 131 956 and represented in FIG. 1 and 2 of this document, and the detection plane of which consists of a network of rectilinear electrodes X1, X2 ........ XN and Y1, Y2 ........ YN arranged parallel to two reference axes of rectangular coordinates, abscissae x and ordinates y. The surface of this device is covered with a thin insulating layer of a material for protecting the sensitive elements that compose it.
The mobile column 3 comprises a rectilinear slide 5 perpendicular to the flat bearing surface of its sole 4, that is to say in fact to the flat table 1, and a carriage 6 movable along this slide on which is fixed the probe with spherical measurement key 7 in the offset position relative to the support base 4. The rectilinear slide 5 thus defines a third coordinate axis, heights z, perpendicular to the first two x and y.
The displacements of the carriage 6, and therefore of the ball probe 7 which is associated with it, along this third axis of coordinates z, are detected by a linear detection device for example opto-electronic of the usual type, composed of a glass graduated rule 8 fixed to the slide 5 and an opto-electronic sensor 30 constituting the sensitive member of this device fixed to the carriage 6.
The carriage 6 can be moved along the slide 5 by means of an operating wheel 13 connected to a transmission device, not visible in the drawing, for example of the pulley-belt type, integrated into the mobile column 3.
At its upper end opposite its support base 4, the movable column 3 comprises two punctual locating members 10 and 20, here punctual electrodes, in fixed positions and spaced from one another, fixed on a cap 18 secured to the movable column 3 facing the plane of the plane detection device 2 and without contact therewith.
These two punctual locating members 10 and 20 define a line segment P1P2 (FIG. 2) parallel to the plane of the plane detection device 2 and to the flat table 1. The detector members of this device, which here are the rectilinear electrodes X1_N and Y1_N, are sensitive to variations in the position of each of the two punctual locating members 10 and 20 caused by the random movements of the movable column 3 on the flat table 1, during a measurement taking operation.
It is thus possible to detect the position of each of the two end points of the aforementioned straight line P1P2 by reference to the first two axes of rectangular coordinates x and y, and consequently to determine the coordinates x and y of the orthogonal projection or trace P min of the reference center P of the spherical key 7 on the plane of the plane detection device 2 by the geometric relationship linking this trace P min to the aforementioned straight line segment P1P2.
In the example of execution shown, this trace P min is located in the extension of the line segment P1P2 at a predetermined distance L from one of these two points, here point P2, and this distance L, significant of the offset of the spherical key relative to the support sole 4, is provided sufficient so that the latter does not come up against the object to be measured during a measurement taking operation.
In order to facilitate the movement of the mobile column 3 on the flat table 1, an air cushion lift device 14 of the usual type is integrated into the flat support sole 4.
A box 9 having a control desk 11 and a display panel of measurement values 12 is fixed to the mobile column 3.
In the housing 9 are installed the usual circuits for supplying the sensitive organs of the plane and linear detection devices, as well as a measuring transducer circuit 19 and a programmable calculation unit 21, arranged and connected according to the block diagram of the figure. 3.
The transducer circuit 19, which is customarily suitable for shaping and quantifying the signals produced by the sensitive organs of the detection devices, is connected on the one hand by a cable 15, also visible in FIG. 1, to the organs sensitive X1_N and YCHF> 1_N </CHF> of the network type plane detection device 2 and on the other hand to the two punctual locating members 10 and 20 as well as to the sensitive member 30 of the linear detection device associated with the movable column 3. The element 40 and its connections shown in broken lines do not relate to this embodiment but to the second which will be described later.
The programmable calculation unit 21, which can be constituted for example by a conventional microprocessor, is connected on the one hand to the transducer circuit 19 and on the other hand to the control console 11 and to the display panel of measured values 12.
When taking a measurement, the mobile column 3 is moved randomly on the table 1 and the carriage 6 is moved along the slide 5 by the operator until the spherical key 7 of the feeler comes into contact with the object to be measured, for example at an initial measurement point for which it is desired to know the coordinates x, y and z with respect to a zero previously displayed by the operator on the display panel 12 for each of these coordinate axes.
Once the movable column 3 is immobilized on the table 1 in the position of contact of the spherical key 7 on the object to be measured, here by releasing the air pressure of the lift device 14, and the measurement circuits engaged, the calculation of the coordinates of this contact point is carried out by the calculation unit as follows:
- The calculation of the abscissa x and of the ordinate y is carried out from the positions of the two end points of the line segment P1P2 materialized by the two punctual locating members 10 and 20, detected by the plane detection device of network type 2, of the known relative position of the trace P min of the reference center P of the spherical key 7 with respect to these two points which is defined by the distance L already mentioned, and of the diameter D of the spherical key 7.
The height z is calculated from the position of the center P of the key by the linear detection device associated with the mobile column 3 and which is here provided directly by the optoelectronic sensor 30 fixed to the carriage 6, and the diameter D of this key.
With regard to the calculation of the x and y coordinates of the center P of the spherical key, the programming algorithm of the calculation unit 21 can be established from the following mathematical formulas, given for information only: Data supplied by the planar detection device 2:
EMI10.1
With the position of the trace P min from the center P of the spherical key 7 and taking as vector of direction normalized the vector
EMI10.2
we obtain the relation:
EMI10.3
And with the previous values X1, Y1 and X2, Y2 relating to the detected positions of the punctual locating members 10 and 20, the x and y coordinates of the central point of the ball are thus obtained:
x = X1 + eX.L
y = Y1 + eY.L
It is obvious that, whatever the relative position of the trace P min of the reference center of the spherical key 7 with respect to the line segment P1P2, it is always possible to calculate its x and y coordinates. Concretely, this allows the use of touch probe of different lengths and orientations with respect to the support base 4, but it is up to the operator to change the programming algorithm of the unit each time. calculation.
Thanks to the concept of the invention, only the flat table is subject to possible friction and shock during the manipulations and displacements of the object to be measured and of the mobile column. This means that the sensitive surface of the network type flat detection device no longer needs to be particularly hard or flat. This sensitive surface is also better protected from the risks of pollution by metallic dust or by greases or oils, because of its position above the area occupied by the object to be measured and influenced by its manipulations. , and this is appreciable for the reliability of the planar detection device of the network type.
In the production technique of this kind of planar detection device, it is necessary to provide all the more care and precision as their surface is large. It is clear that when large objects have to be measured using a measuring device of the type mentioned at the beginning of the presentation, in which this device is integrated into the flat table intended to support such objects, it is not possible to avoid this additional constraint.
And this is another advantage inherent in the concept of the invention than making it possible to avoid this additional constraint, as has already been stated and as will clearly emerge from the second embodiment of the measuring device. shown in Figure 4.
In this second embodiment, the measuring device is more particularly suitable for the three-dimensional measurement of objects of great length.
The table 100 intended to support such objects is here rectangular and the sensitive surface of the network type flat detection device 2 is extended over the entire width of this flat table and over only part of its length, and the flat detection device 2 is mounted movable by translation in the direction of this length.
To obtain this, the plane detection device 2 is fixed under a mobile console 160 slidably mounted on a slide 22 parallel to the plane table 100 and extended in the direction of the length thereof.
The slide 22 is fixed by its two ends to two uprights 170 and 171 whose feet are connected to the flat table, all of these elements forming a rigid unit.
The plane detection device 2 is fixed under the console 160 so that one of its two reference coordinate axes, here the axis of the abscissae x, is parallel to the slide 22.
The movements of the mobile console 160 along the slide 22 are controlled by means of an operating handwheel 23 connected to a transmission device of the rack and pinion type integrated into the slide 22 and comprising a position blocking element.
These displacements, which thus occur parallel to the direction of the reference axis of the abscissae x of the plane detection device 2, are detected by a second linear detection device, here also of the usual opto-electronic type and comprising a ruler graduated in glass 24 fixed to the slide 22 and an opto-electronic sensor 40 constituting the sensitive member of this device, fixed to the mobile console 160.
The measurement signals coming from the sensitive organs of the detection devices are here treated as in the first embodiment according to the diagram of FIG. 3, with in addition a connection between the sensitive organ 40 of the second linear detection device and the measurement transducer 19, as shown in broken lines in this diagram.
The calculation unit 21 is programmed here, in addition to its functions already stated previously in the description of the first embodiment, in order to be able to perform the algebraic sum of the displacements of the mobile console 160 along the slide 22, therefore in the direction of the x-axis of the plane detection device 2, with those of the mobile column 3, and therefore of the measurement key 7, in the same direction.
In this way, when taking a measurement of an element of an object to be measured, the extent of which exceeds the field capable of the plane detection device 2 in the direction of the x-axis, the operator, after carrying out the initialization of the measurement, for example on a contact point of the key signifying the origin of a length dimension to be measured, simultaneously moves the mobile column 3 and the mobile console 160 until it is possible to put the key in contact with a second point signifying the end of this length dimension, ensuring that there is no loss of signal between the two punctual locating members of the mobile column 3 and the plane detection device 2. At this moment, the operator immobilizes the mobile console 160, the mobile column 3 and initiates the measurement.
From the concept of this second embodiment, it is very clear that one can also provide a variant in which the console 160 can be moved not only in one direction but in both, along the referential axes of coordinates x and y of the plane detection device 2. A variant of this kind, not shown in the drawing, is advantageous for the three-dimensional measurement of large parts whose two dimensions in x and y are clearly greater than those which can be considered as limits acceptable for the two dimensions of the network type planar detection device.
In this case, it is possible for example to fix the slide 22 on the crosspiece of a gantry, the two uprights of which span the flat table, this gantry being moreover provided movable by translation in the direction of the other axis of coordinates y of the plane detection device 2.
A third linear detection device can then be provided and connected to the measurement transducer 19 in order to be able to sum the displacements in y of the gantry and of the mobile column 3, in the same way as for the displacements in x described previously in the second form d 'execution.
The air cushion lift device 14 of the sole of the mobile column 3 is obviously not essential, but it facilitates the movement of this column on the flat table.
The method of fixing by console and upright of the plane detection device 2 is obviously not limiting and any other support system can be applied insofar as it ensures parallelism and the fixed spacing between its plane and that of the table plane 1; this device can for example be fixed to a wall of the measurement room or suspended from the ceiling thereof. In the first embodiment, it is also possible to provide for the retraction of this detection device 2 from above the table to facilitate the positioning of a piece to be measured, for example by translation or lateral pivoting in its plan.