CH695071A5 - Dispositif de mesure de dimensions comprenant une règle magnétique et procédé de fabrication d'une règle magnétique. - Google Patents

Description

  



   La présente invention concerne un dispositif de mesure de dimensions  comprenant une règle magnétique ainsi qu'un procédé de fabrication  d'une règle magnétique. La présente invention concerne en particulier  une règle magnétique utilisée dans un dispositif de mesure de dimensions  à électrodes magnétorésistives. 



   On connaît déjà des calibres magnétorésistifs munis d'une règle magnétique.  La demande de brevet W098/51990, à laquelle le lecteur se référera  utilement, décrit un exemple d'un tel calibre comprenant un capteur  magnétorésistif apte à être déplacé en regard d'une règle qui s'étend  sur toute la longueur du calibre. La règle décrite dans ce document  est réalisée à partir d'un support en acier doux ou en verre recouvert  d'une couche de ferrite à haute coercivité et magnétisée selon une  direction horizontale avec une période  lambda . Elle est par ailleurs  recouverte d'une couche protectrice non magnétique réalisée à partir  d'une feuille synthétique auto-adhésive munie d'une impression. 



   Le cout de fabrication d'une telle règle est élevé et pourrait s'avérer  prohibitif pour une utilisation dans un calibre de mesure de grande  diffusion. Par ailleurs, un support en acier doux résiste mal à la  corrosion, tandis qu'un support en verre est fragile et présente  un coefficient de dilatation différent de celui de la perche du calibre.  De surcroît, la couche de ferrite est difficile à faire adhérer sur  le support et présente un coefficient de dilatation différent. Elle  risque donc de se décoller lorsque le calibre est soumis à des variations  de température importantes. 



   Un but de la présente invention est donc de proposer un dispositif  de mesure de dimension de type magnétorésistif muni d'une règle magnétique  améliorée par rapport aux règles décrites dans l'art antérieur, en  particulier une règle plus économique à fabriquer et apte à être  utilisée sans dommage même dans un environnement difficile, notamment  dans un environnement humide ou soumis aux chocs. 



     Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé  de fabrication amélioré d'une règle magnétique pour dispositif de  mesure de dimensions de type magnétorésistif. 



   Ces buts sont atteints selon l'invention au moyen d'un dispositif  présentant les caractéristiques de la revendication 1, des variantes  préférentielles étant par ailleurs indiquées dans les revendications  de dispositif dépendantes. 



   Ces buts sont en outre atteints au moyen d'un procédé comportant  les étapes de la revendication indépendante de procédé, des variantes  préférentielles étant par ailleurs indiquées dans les revendications  de procédé dépendantes. 



   En particulier, ces buts sont atteints au moyen d'un dispositif de  mesure de dimensions de type magnétorésistif, comprenant un capteur  magnétorésistif et une règle magnétique, ledit capteur magnétorésistif  pouvant être déplacé en regard de ladite règle, dans lequel la règle  magnétique comprend un support métallique amagnétique sur lequel  est appliqué un enduit chargé de particules magnétiques et comprenant  une pluralité de sections successives magnétisées avec des directions  opposées. 



   Par enduit, on entend dans ce texte une matière généralement souple  et élastique, adhérant par elle-même au support, et appliquée sous  forme liquide ou éventuellement sous forme de poudre, l'application  étant suivie d'une phase de séchage ou de solidification. 



   La règle ainsi réalisée présente de bonnes qualités mécaniques, puisque  le support est métallique. Dans une variante préférentielle, on utilisera  un support constitué d'un alliage non ferreux constitué essentiellement  de nickel et de cuivre ainsi que d'au moins un métal additionnel  en quantité plus faible. Un tel alliage présente l'avantage d'être  amagnétique et d'avoir un coefficient de dilatation proche de celui  de l'acier utilisé pour la perche. L'enduit appliqué sur le support  est élastique    et s'adapte donc aux dilatations du support et de  la règle, en sorte que la règle supporte des chocs thermiques importants  sans déformations et sans dommages. L'ensemble de la règle est donc  souple, ce qui permet une manutention aisée sans risque de dégradation,  de fissure ou de cassure. 



   Par rapport aux règles en matériaux hydrophiles, notamment en matériaux  plastiques, cette règle résiste en outre bien aux atteintes dues  à l'humidité et à l'environnement. 



   En appliquant un enduit suffisamment épais, par exemple en plusieurs  couches, on parvient à obtenir une amplitude du champ magnétique  de la règle importante, permettant une mesure même avec des électrodes  magnétorésistives placées à une distance importante de la règle. 



   L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un exemple  préférentiel de réalisation de l'invention illustré par les figures  annexées qui montrent:      La fig. 1 une vue en éclaté d'un  calibre magnétorésistif.     La fig. 2 une coupe longitudinale  schématique d'une portion de règle magnétique dans un calibre magnétorésistif.     La fig. 3 une coupe longitudinale montrant les différentes  couches d'une portion de règle magnétique dans un calibre magnétorésistif  selon l'invention.     Les fig. 4 à 11 des coupes transversales  d'une règle magnétique au cours de la fabrication selon le procédé  de l'invention.     La fig. 12 une coupe longitudinale d'une règle  magnétique en cours de magnétisation selon le procédé de l'invention.  



   Bien que la description qui suive concerne plus particulièrement  le cas particulier d'un dispositif de mesure de dimensions constitué  par un    calibre magnétorésistif, l'homme du métier comprendra que  l'invention peut aussi s'appliquer à d'autres types de dispositifs  de mesure de dimensions longitudinales ou angulaires, notamment à  des micromètres, à des comparateurs de dimension, etc., de type portable  ou fixe. 



   La fig. 1 illustre en éclaté un calibre électronique portable selon  la présente invention. La construction de tels calibres est connue  et a été décrite par exemple dans la demande de brevet EP 719 999  au nom de la demanderesse, à laquelle le lecteur se référera utilement.                                                        



   Le calibre de l'invention comprend une perche 4 et un coulisseau  1 apte à être déplacé longitudinalement le long de la perche. Le  coulisseau est muni d'un bec mobile 10 tandis que la perche est équipée  d'un bec fixe 40. Une règle 2 munie d'une succession de régions magnétisées  est collée sur la perche 4. La règle 2 est de préférence munie d'une  impression 220. 



   Des moyens électroniques, indiqués de manière générale par la référence  11, permettent d'afficher sur l'affichage électronique à cristaux  liquides 12 une indication dépendant de la distance entre les becs  10 et 40 du calibre. Ces moyens électroniques sont assemblés directement  sur la plaque de circuit imprimé 115, Ils comprennent principalement  un capteur magnétorésistif 112 assemblé sous la plaque de circuit  imprimé 115 en regard de la règle magnétique 2. Le capteur 112 comporte  un réseau formé d'un nombre important d'électrodes magnétorésistives  organisées en groupes, la valeur des diverses résistances du réseau  étant une fonction périodique de la position du coulisseau 1 le long  de la perche 4.

   Le capteur peut par exemple être du type décrit dans  l'un des documents de brevets DE 4 233 331 ou US 5 386 642 ou de  préférence tel que décrit dans la demande EP 0 877 228 au nom de  la demanderesse et à laquelle le lecteur se référera utilement. Les  moyens électroniques 11 comprennent en outre des moyens d'alimentation  électrique autonome, dans l'exemple représenté une pile 110. La pile  110 est de préférence constituée par une pile plate au lithium et  doit garantir plusieurs jours, de préférence même plusieurs mois  de fonctionnement autonome au dispositif. 



     Un circuit électronique intégré 113, de type ASIC, détermine à  partir des valeurs de résistance des électrodes magnétorésistives  sur le capteur 112 au moins un paramètre dépendant de la distance  entre les becs 10 et 40; le circuit électronique 113 peut comprendre  ou être connecté à un microcontrOleur qui commande l'affichage 12  pour afficher la distance mesurée. Les moyens électroniques 11 comprennent  en outre de préférence un aimant de polarisation 114 monté sur la  face supérieure du circuit imprimé 115, face au capteur 112. 



   Les moyens électroniques 11 sont protégés par un boîtier antichoc  13, des boutons 132 permettant de commander par exemple la mise en  marche du calibre ou d'autres fonctions telles que remise à zéro,  addition ou moyennage de mesures successives, etc. Un connecteur  optoélectronique sériel 133 est prévu comme interface entre le calibre  1 et des instruments extérieurs tels qu'imprimante, ordinateur personnel  ou machine par exemple. 



   Le capteur magnétorésistif 112 comporte un grand nombre d'électrodes  magnétorésistives dont les dimensions sont choisies de manière à  obtenir une grande résistance et donc de réduire la consommation  électrique du capteur. Les différentes électrodes magnétorésistives  sont disposées longitudinalement sur le capteur 112 de manière à  occuper diverses positions de phase par rapport au champ magnétique  généré par la règle 2. Le circuit électronique 113 détermine à l'aide  de la valeur des différentes résistances magnétorésistives la position  du coulisseau et affiche cette information sur l'affichage 12. 



   La fig. 2 illustre une vue schématique en coupe longitudinale d'une  règle magnétique 2. La règle est constituée d'un substrat amagnétique  22 recouvert d'une couche magnétisée 21. Le capteur 112 peut se déplacer  longitudinalement à une distance a au-dessus de la règle. La couche  21 comporte une pluralité de segments 210 de longueur  lambda /2  magnétisés à saturation selon une direction horizontale avec des  sens alternés. Une direction de magnétisation horizontale est avantageuse  pour des systèmes de mesure à électrodes magnétorésistives; un support    amagnétique permet d'éviter que les lignes de champ magnétique  des segments 210 ne soient influencées et ne s'orientent verticalement,  en particulier lors de la magnétisation de la règle. 



   La fig. 3 illustre une vue en coupe longitudinale montrant les différentes  couches d'une portion de règle magnétique 2 dans un calibre magnétorésistif  selon l'invention. La règle 2 comporte un support métallique amagnétique  22 destiné avant tout à donner une solidité et une rigidité suffisante  à la règle, afin d'éviter notamment qu'elle ne se déforme. L'épaisseur  du support 22 est de préférence d'environ 200  mu m. Dans une variante  préférentielle, le support 22 est constitué d'un alliage non ferreux  constitué essentiellement de nickel et de cuivre ainsi que d'au moins  un métal additionnel en quantité plus faible. Un tel alliage présente  l'avantage d'être rigoureusement amagnétique et d'obtenir une perméabilité  magnétique inférieure à 1,005 par rapport au vide.

   Par ailleurs,  il présente une résistance importante aux corrosions provoquées par  de nombreux agents chimiques et physico-chimiques, et peut être usiné  sans grande difficulté. Son coefficient de dilatation est compris  entre 0,00001 et 0,000025 parts par degré  DEG C et est donc proche  de celui de l'acier utilisé pour la perche 4, en sorte que l'ensemble  perche-règle ne se déforme pas et ne se décolle pas même lorsqu'il  est soumis à des variations de température importantes.

   La règle  2 se dilatant dans le même rapport que la perche 4 et que l'ensemble  du calibre, cette combinaison permet une minimisation des erreurs  dues à la dilatation du calibre lors de mesure à des températures  différentes de 20 DEG C Par ailleurs, ce matériau permet une manutention  du calibre aisée, sans risque de dégradation, de fissure ou de cassure,  et permet d'éviter les déformations ou dégradations que subissent  les matériaux plastiques ou hydrophiles dans un environnement humide.                                                          



   La règle 2 comporte en outre une couche magnétisée 21 constituée  d'un enduit chargé de particules magnétisées selon une direction  horizontale et un sens alterné avec un pas  lambda . L'épaisseur  de la couche d'enduit 21 est suffisante pour provoquer une variation  de résistance significative dans les électrodes magnétorésistives  du capteur 112 placé à    une distance a d'environ 500  mu m. Des  essais concluants ont été effectués dans le cadre de cette invention  avec une épaisseur d'enduit de 110 mu m. 



   Une couche intermédiaire 23 (pont d'accrochage) permet d'améliorer  l'adhérence de l'enduit 21 sur le support 22. Une couche de protection  24 est de préférence appliquée sur l'enduit 21 et peut comporter  un motif de règle permettant à l'utilisateur d'évaluer la position  du calibre sans lire l'affichage 12. 



   Les fig. 4 à 12 illustrent de manière schématique différentes étapes  successives du procédé de fabrication d'une règle magnétique 2 selon  un exemple de l'invention. La règle est illustrée en coupe transversale  sur les fig. 4 à 11, puis en coupe longitudinale sur la fig. 12.  Le support métallique amagnétique 22 dégraissé est disposé à plat  sur la fig. 4 afin de préparer l'application des différentes couches  superposées. Dans une variante préférentielle de l'invention, le  support 22 est déroulé en feuille continue à partir d'un rouleau  non représenté. La largeur de la feuille correspond à plusieurs fois  la largeur de règle (4 fois dans cet exemple), afin de sérigraphier  en une seule opération plusieurs règles. La feuille peut par exemple  être transportée sur des galets non représentés et positionnée par  vacuum.

   Un traitement de surface est ensuite effectué sur la fig.  5, afin de faciliter l'adhérence de l'enduit sur la surface supérieure  du support. Le traitement peut par exemple être effectué à l'aide  d'un disque ou d'un cylindre abrasif; dans une variante préférentielle,  on utilisera un traitement chimique de décapage brillant, par exemple  par traitement dans un bain d'acide sulfurique et de bichromate de  sodium. Dans une variante, le support est acheté avec la face supérieure  déjà traitée. 



   Une première couche 23 est ensuite déposée par sérigraphie sur la  surface supérieure du support 22 (fig. 6). La première couche peut  être constituée par un apprêt (pont d'accrochage) pur ou mélangé  à l'enduit utilisé pour les couches suivantes. Cette couche est ensuite  séchée au cours d'une opération de séchage non représentée, par exemple  à l'air, en la chauffant ou en la soumettant aux ultra-violets, selon  la nature chimique du produit utilisé. 



     Une deuxième couche d'enduit 21 est ensuite appliquée par sérigraphie  par-dessus la première couche 23 (fig. 7). La deuxième couche est  constituée de préférence par un enduit liquide chargé de particules  magnétiques et apte à adhérer par lui-même en séchant pardessus la  couche inférieure 23. Un champ magnétique B uniforme est de préférence  appliqué avant séchage de l'enduit afin d'orienter les particules  magnétiques dans la même direction préférentielle, assurant ainsi  une meilleure homogénéité et une plus grande amplitude du champ magnétique  généré (fig. 8). Comme pour la couche inférieure 23, la deuxième  couche 21 peut être séchée par exemple à l'air, en la chauffant ou  en la soumettant aux ultra-violets, selon la nature chimique de l'enduit  utilisé. 



   Les opérations des fig. 7 et 8 sont ensuite répétées jusqu'à l'obtention  de l'épaisseur désirée d'enduit illustrée sur la fig. 9. Les particules  magnétiques de chaque couche sont orientées à chaque fois dans la  même direction et dans le même sens au moyen d'un champ magnétique  appliqué avant le séchage de chaque couche. L'épaisseur totale est  de préférence contrOlée sur toute la surface des plaques au moyen  de palpeurs. Un polissage de surface peut éventuellement être effectué  par-dessus la dernière couche d'enduit afin d'assurer une épaisseur  rigoureusement uniforme et une intensité du champ magnétique constante  sur toute la règle. 



   Une couche de vernis protecteur 24 est ensuite de préférence sérigraphiée  par-dessus l'enduit 21 (fig. 11); la couche 24 comporte de préférence  un motif décoratif ou une graduation. 



   Sur la fig. 11, la feuille de support 2 est découpée de manière à  obtenir plusieurs règles, quatre dans l'exemple non limitatif illustré.  Afin de ne laisser aucune bavure dans la couche magnétisée, on procédera  de préférence à une découpe au laser ou éventuellement au jet d'eau.  La découpe est de préférence effectuée dans le sens d'orientation  des particules magnétiques afin d'éviter de retourner les particules  proches de la zone de découpe. 



     Au cours d'une opération non illustrée, les bandes de règle ainsi  obtenues peuvent ensuite être découpées au laser ou par usinage à  la ou aux longueurs utiles. On veillera de préférence en cas de découpe  par usinage à éviter l'usage d'outils de coupes pouvant laisser des  traces de matériel ferreux ou magnétique sur la règle. 



   La règle 2 ainsi obtenue est ensuite magnétisée au cours de l'opération  illustrée sur la fig. 12 montrant une coupe longitudinale de la règle.  La magnétisation est effectuée au moyen d'un dispositif de magnétisation  3 comportant une tête d'écriture 30 appliquant un champ magnétique  intense sur la couche 21. La tête d'écriture se déplace longitudinalement  relativement à la règle 2; le sens du courant appliqué à la tête  d'écriture 30 est inversé à chaque fois que la tête a parcouru une  distance  lambda /2, afin de créer des segments 210 de polarité alternée  avec un pas  lambda . Une tête de lecture 31 est de préférence prévue  afin de vérifier l'intensité du champ magnétique généré par les sections  210 et de s'assurer qu'elles ont bien été magnétisées jusqu'à saturation.                                                      



   Les règles 2 ainsi obtenues sont fixées de préférence par collage  ou au moyen d'un film adhésif double face sur la perche 4 du calibre.                                                          



   Dans une variante préférentielle de l'invention, la longueur des  segments magnétiques 210 est variable sur la longueur de la règle  2, afin de corriger des erreurs de mesure systématique, notamment  des erreurs dues à la déformation de la perche 4 et au pivotement  du coulisseau 1 lorsque les becs 10, 40 s'appuient sur l'objet à  mesurer. On utilisera de préférence pour chaque longueur de calibre  prévue un pas de magnétisation variable différent. Pour des calibres  de petite dimension, ou lorsque la correction des erreurs systématiques  n'est pas primordiale, on pourra aussi utiliser un pas de magnétisation  constant sur toute la longueur de la règle. 



   L'homme du métier comprendra par ailleurs que le procédé revendiqué  s'applique aussi à la fabrication de règles permettant une détermination  absolue de la position. En particulier, il est possible de magnétiser  au moyen du procédé revendiqué des règles magnétiques    comportant  une ou plusieurs séries parallèles de segments magnétiques de longueur  variable et permettant une détermination absolue ou relative de la  position du coulisseau 1 le long de la règle 2. 



   L'utilisation d'un support métallique amagnétique constitué d'un  alliage non ferreux constitué essentiellement de nickel et de cuivre  ainsi que d'au moins un métal additionnel en quantité plus faible  assure une rigidité mécanique optimale et évite une déformation de  la règle après le codage, lors du montage dans la perche par exemple.  Le coefficient de température proche de celui de l'acier utilisé  pour la perche 4 permet en outre une minimisation des erreurs dues  à la dilatation du calibre lors de mesure à des températures différentes  de 20 DEG C. Par ailleurs, ce matériau permet une manutention du  calibre aisée, sans risque de dégradation, de fissure ou de cassure,  et permet d'éviter les déformations ou dégradations que subissent  les matériaux plastiques ou hydrophiles dans un environnement humide.

                                                            



   Les étapes du procédé illustré sur les fig. 4 à 12 sont de préférence  réalisées sur une seule machine. La feuille de support 2 est dans  ce cas de préférence transportée par vacuum ou déroulée et positionée  par vacuum entre différents postes de travail vers lesquels les différentes  opérations décrites ci-dessus sont effectuées. La présente invention  concerne également une telle machine capable d'appliquer plusieurs  couches d'enduit chargé de particules magnétiques sur un support  métallique 22, de découper ce support métallique et de le magnétiser  de manière à obtenir une pluralité de sections successives 210 magnétisées  à saturation avec des sens alternés, selon le procédé décrit ci-dessus.

Claims (23)

1. Dispositif de mesure de dimensions de type magnétorésistif, comprenant un capteur magnétorésistif et une règle magnétique, ledit capteur magnétorésistif pouvant être déplacé en regard de ladite règle, ladite règle magnétique comprenant - un support métallique amagnétique, - un enduit chargé de particules magnétiques appliqué sur ledit support métallique et comprenant une pluralité de sections successives magnétisées avec des sens alternés.

2. Dispositif de mesure de dimensions selon la revendication précédente, dans laquelle ledit support métallique amagnétique est constitué d'un alliage non ferreux constitué essentiellement de nickel et de cuivre ainsi que d'au moins un métal additionnel.

3.

Dispositif de mesure de dimensions selon la revendication précédente, dans lequel le coefficient de dilatation dudit support métallique est compris entre 0,00001 et 0,000025 parts par degré DEG C.

4. Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit enduit est appliqué en plusieurs couches.

5. Dispositif de mesure de dimensions selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdites sections successives sont magnétisées à saturation.

6. Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, comprenant un pont d'accrochage entre ledit support et ledit enduit.

7. Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, comprenant une couche de protection appliquée par sérigraphie sur ledit enduit.

8.

Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, comprenant une perche et un coulisseau, ledit capteur étant solidaire dudit coulisseau et ladite règle étant collée sur ladite perche.

9. Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le pas de magnétisation ( lambda ) est constant sur toute la longueur de ladite règle.

10. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le pas de magnétisation ( lambda ) est variable sur la longueur de ladite règle de façon à corriger des erreurs de mesure systématiques.

11.

Procédé de fabrication d'une règle magnétique pour dispositif de mesure de dimensions de type magnétorésistif, comprenant les étapes suivantes: application d'un enduit chargé de particules magnétiques sur un support métallique amagnétique, séchage dudit enduit, magnétisation d'une pluralité de sections dudit enduit avec des sens de magnétisations successifs alternés.

12. Procédé selon la revendication précédente, comprenant plusieurs étapes successives d'application de l'enduit en plusieurs couches superposées et de séchage, jusqu'à l'obtention d'une épaisseur d'enduit supérieur à 0,05 millimètre.

13. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel lesdites couches successives sont appliquées par sérigraphie.

14.

Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, comprenant une étape préalable de traitement de surface dudit support métallique de manière à améliorer l'adhérence dudit enduit sur ledit support.

15. Procédé selon l'une des revendications 12 à 14, dans lequel ladite première couche d'enduit est mélangée à un pont d'accrochage de manière à améliorer l'adhérence dudit enduit sur ledit support.

16. Procédé selon l'une des revendications 11 à 15, dans lequel un champ magnétique constant est appliqué à chaque application d'enduit avant séchage, de manière à orienter les particules magnétiques dans la même direction préférentielle.

17. Procédé selon l'une des revendications 11 à 16, comportant une étape ultérieure de découpe dudit support en une pluralité de règles.

18.

Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ledit enduit est appliqué et magnétisé en continu sur ledit support métallique déroulé à partir d'une bobine.

19. Procédé selon l'une des revendications 11 à 18, dans lequel ladite règle est maintenue par vacuum entre les différentes opérations.

20. Procédé selon l'une des revendications 11 à 19, dans lequel ladite règle est magnétisée à saturation à l'aide d'une tête d'écriture magnétique en déplacement relatif par rapport au support, la direction de magnétisation étant inversée périodiquement.

21. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le pas de magnétisation ( lambda ) est constant sur toute la longueur dudit support.

22.

Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le pas de magnétisation ( lambda ) est variable sur la longueur dudit support.

23. Machine de fabrication de règle magnétique permettant d'appliquer plusieurs couches d'enduit chargé de particules magnétiques sur un support métallique, de découper ce support métallique et de le magnétiser de manière à obtenir une pluralité de sections successives magnétisées avec des sens alternés, selon le procédé d'une des revendications 11 à 22.