CH720311A2 - Système et appareil mécanique de mesure et/ou de contrôle d'au moins une grandeur physique d'une pièce mécanique. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un appareil (10) mécanique de mesure et/ou de contrôle d'au moins une grandeur physique d'une pièce mécanique. Cet appareil comporte un affichage analogique agencé pour afficher une valeur de mesure et au moins un élément mobile (9) dont la position dépend d'une valeur de ladite grandeur physique mesurée. Cet appareil (10) est caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de position (20) agencé pour déterminer la position dudit élément mobile (9) et un convertisseur analogique/numérique (22) agencé pour convertir une valeur correspondant à la position dudit élément mobile (9) en une valeur numérique. L'invention concerne en outre un système de mesure et/ou de contrôle d'au moins une grandeur physique d'une pièce mécanique. Ce système est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un appareil (10) tel que défini ci-dessus

Description

DOMAINE TECHNIQUE

[0001] La présente invention concerne le domaine des appareils de mesure et en particulier le domaine des appareils de mesure mécaniques. Plus précisément, l'invention concerne un appareil mécanique de mesure et/ou de contrôle d'au moins une grandeur physique d'une pièce mécanique, cet appareil comportant un affichage analogique agencé pour afficher une valeur de mesure et au moins un élément mobile dont la position dépend d'une valeur de ladite grandeur physique mesurée.

[0002] L'invention concerne en outre un système de mesure et/ou de contrôle d'au moins une grandeur physique d'une pièce mécanique, comportant au moins un appareil de mesure et/ou de contrôle tel que défini ci-dessus.

ART ANTÉRIEUR

[0003] Actuellement, il existe des appareils de mesure ou de contrôle d'au moins une grandeur physique de pièces mécaniques tels que par exemple des comparateurs. On trouve aujourd'hui des appareils de deux types distincts. Un premier type comprend les comparateurs analogiques, dans lesquels un palpeur ou un levier est en contact avec une pièce à mesurer ou à contrôler. Le levier ou le palpeur est connecté cinématiquement à une aiguille d'affichage. Les déplacements de faible amplitude du palpeur ou du levier sont fortement amplifiés, généralement au moyen d'un rouage aboutissant à l'aiguille, de sorte que le déplacent de l'aiguille est représentatif du déplacement du palpeur. L'aiguille permet ainsi de rendre visible le résultat d'une mesure ou d'un contrôle.

[0004] Un affichage analogique offre l'avantage qu'il permet à un utilisateur de visualiser très facilement le résultat d'une mesure. Il présente par contre l'inconvénient qu'il ne permet pas un traitement automatique des résultats des mesures. Il ne permet pas non plus une transmission à distance des données, par exemple à un système de contrôle ou d'alarme ou plus généralement à un dispositif d'utilisation des données.

[0005] Un deuxième type d'appareils de mesure comprend des appareils numériques, avec généralement un affichage numérique, qui présentent les résultats des mesures sous forme de valeurs. L'avantage de ce type d'appareils est qu'ils fournissent des valeurs qui peuvent être traitées automatiquement par un dispositif d'utilisation des données tel que par exemple un système d'analyse, de statistiques, de gestion ou d'alarme notamment. L'inconvénient de ces appareils est qu'ils demandent un effort de lecture et d'interprétation de la part de l'utilisateur, générant une perte de temps pour que l'utilisateur transforme des valeurs affichées sur un écran en une valeur ayant une signification concrète. Ceci peut représenter un effort relativement peu conséquent pour un ou deux appareils de mesure. Par contre, il est possible d'utiliser plusieurs dizaines d'appareils de mesure par exemple sur une chaîne de production, ce qui représente un effort de conversion tout-à-fait conséquent et une perte de temps importante pour l'utilisateur, ainsi qu'un risque d'erreur.

[0006] Il existe donc un besoin pour concilier le meilleur des deux types d'appareils, à savoir un appareil qui permette une lecture aisée des valeurs de mesure par un utilisateur et qui offre la possibilité de transmettre les valeurs mesurées à distance, notamment à un système automatique d'analyse et/ou d'utilisation des données mesurées.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

[0007] La présente invention se propose de réaliser un appareil de mesure ou de contrôle d'au moins une grandeur physique de pièces mécaniques, en particulier un comparateur proposant un affichage analogique et donc une lecture analogique des résultats de mesure, et dans lequel les résultats des mesures peuvent être transmis à distance à un dispositif d'utilisation des données. Ce dispositif peut comporter un système de gestion d'une machine d'usinage ou d'une chaîne de production, un système d'affichage, un système d'alarme, de traitement de données ou tout autre système ou appareil qui utilise des données provenant de l'appareil de mesure ou de plusieurs appareils de mesure.

[0008] Le but de l'invention est atteint par un appareil de mesure et/ou de contrôle tel que défini en préambule et caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de position agencé pour déterminer la position dudit élément mobile et un convertisseur agencé pour convertir une valeur correspondant à la position dudit élément mobile en une valeur numérique.

[0009] Le but de l'invention est également atteint par un système de mesure et/ou de contrôle tel que défini en préambule et caractérisé en ce qu'il comporte au moins un appareil tel que défini ci-dessus ainsi qu'un dispositif d'utilisation des données dudit appareil de mesure et/ou de contrôle.

[0010] L'appareil de l'invention permet d'effectuer des mesures ou des contrôle de grandeurs physiques sur des pièces mécaniques et d'afficher le résultat des mesures sous forme analogique, en particulier au moyen d'une aiguille. Les résultats de ces mesures analogiques sont également convertis en valeurs numériques qui peuvent être traitées de façon automatique au moyen d'un équipement adapté. En particulier, ces valeurs numériques peuvent être transmises à distance à un dispositif d'utilisation des données, par liaison câblée ou non câblée, en particulier en utilisant une technologie de télécommunication adaptée telle que par exemple par Bluetooth, WiFi, LoRa, Zigbee, etc.

[0011] De façon plus détaillée, les appareils analogiques conventionnels de mesure et de contrôle, de même que l'appareil de mesure et de contrôle selon l'invention, comportent généralement au moins un élément mobile dont le déplacement est directement lié à la valeur mesurée. Dans le cadre d'un comparateur en particulier, un palpeur peut être placé en contact avec une pièce mécanique dont les dimensions doivent être mesurées ou dont la déviation par rapport à une dimension de consigne doit être déterminée. Ce palpeur est mobile et sa position est représentative de la valeur mesurée. La déviation de la position du palpeur est ensuite amplifiée de façon à rendre cette déviation simple à visualiser, par exemple au moyen d'une aiguille pivotant autour d'un axe.

[0012] Dans l'appareil de mesure selon l'invention, la déviation de la position du palpeur, de l'aiguille ou d'un élément intermédiaire entre le palpeur et l'aiguille est transformée au moyen d'un convertisseur, en une valeur numérique dont la grandeur dépend de la valeur mesurée de façon analogique.

[0013] Cette valeur numérique peut être transmise par des moyens de communication filaires ou sans fil, à un dispositif d'utilisation des données tel qu'une unité de traitement, d'affichage, d'alarme, de contrôle, de commande ou autre.

[0014] Dans le sens de la présente invention, le terme de valeur numérique s'oppose au terme de valeur analogique. Les valeurs analogiques telles qu'utilisées et affichées par l'appareil selon la présente invention sont des valeurs dont la variation est continue entre deux bornes. Au contraire, les valeurs numériques telles qu'utilisées dans l'appareil de l'invention sont des valeurs discrètes, généralement traitées sous forme binaire. La conversion d'une valeur analogique en une valeur numérique comporte une étape d'échantillonnage et une étape de quantification. L'échantillonnage consiste à séparer la plage de mesure comprise entre les deux bornes en un certain nombre de zones. La quantification consiste à arrondir la valeur analogique mesurée en une valeur appartenant à l'une des zones définies lors de l'échantillonnage. La valeur ainsi arrondie est ensuite encodée de façon à pouvoir la transmettre par les moyens de communications choisis.

[0015] Les moyens de communication sans fil en particulier peuvent utiliser des technologies telles que Bluetooth, Wifi, radio ou autres. Le dispositif d'utilisation des données ou l'unité de traitement, d'affichage ou d'utilisation peut être un simple téléphone portable ayant une application dédiée. Il peut être une unité permettant de comparer le résultat des mesures à des valeurs de consigne et utiliser les valeurs mesurées par exemple à des fins de statistiques, de contrôle, de réglage ou d'alarme notamment.

[0016] Il est également possible d'agréger les valeurs mesurées par plusieurs appareils de mesure dans un même dispositif d'utilisation des données, par exemple en vue de contrôler un groupe de machines, une chaîne de production, un site de fabrication, etc. Le fait de pouvoir transmettre les résultats des mesures à distance permet de regrouper en un seul endroit, la surveillance et le contrôle d'un grand nombre de pièces mécaniques et permet en particulier d'agir dès qu'une anomalie se produit et est détectée par un appareil de mesure.

[0017] Dans les systèmes actuels utilisant des appareils de contrôle analogiques, un opérateur doit lire régulièrement les valeurs mesurées par un appareil de mesure ou de contrôle, puis passer éventuellement à la lecture des appareils de contrôle suivants. Il est possible qu'un laps de temps relativement long se déroule entre deux lectures consécutives du même appareil de mesure et que des déviations ou des erreurs ne soient détectées qu'après une durée relativement longue. Dans le système selon l'invention au contraire, une déviation ou une erreur peut être signalée pratiquement dès qu'elle se produit.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

[0018] La présente invention et ses avantages seront mieux compris en référence aux figures annexées et à la description détaillée d'un mode de réalisation particulier, dans lesquelles : – la figure 1 est une vue schématique de profil de l'appareil de mesure selon la présente invention ; – la figure 2 est une vue de dessus de l'appareil de mesure de la figure 1 ; et – la figure 3 illustre un système de mesure et/ou de contrôle selon l'invention.

MODE DE REALISATION DE L'INVENTION

[0019] En référence aux figures, l'appareil 10 de mesure et/ou de contrôle selon l'invention comporte un palpeur 11 agencé pour être en contact avec une pièce mécanique à mesurer ou à contrôler (non représentée). L'appareil 10 de mesure comporte également élément mobile 9 solidaire dudit palpeur 11. Dans le mode de réalisation illustré, l'élément mobile 9 comporte un râteau denté 12 L'ensemble formé par le palpeur 11 et le râteau denté 12 pivote autour d'un axe de rotation 13 solidaire d'un bâti 14 de l'appareil de mesure.

[0020] Le râteau denté 12 engrène avec un pignon denté 15 solidaire d'une roue dentée 16. Cette roue dentée 16 engrène à son tour avec un pignon d'affichage 17, solidaire d'un indicateur 18 tel qu'une aiguille. Le pignon d'affichage 17 et la roue dentée 16 ont leur axe de rotation respectif perpendiculaires entre eux. Le changement de direction des axes de rotation peut se faire de façon bien connue, au moyen d'engrenages coniques ou au moyen d'une roue dentée ayant des dents sortant du plan général de la roue dentée ou par d'autres moyens connus.

[0021] L'élément mobile 9 comporte un élément de référence 19 dont la fonction est détaillée ci-dessous. Comme indiqué précédemment, le déplacement du palpeur 11 implique le déplacement de l'élément mobile 9 qui implique à son tour le déplacement de l'élément de référence 19. Cet élément de référence 19 peut être rapporté sur l'élément mobile ou, dans le mode de réalisation illustré, sur le râteau denté 12 ou peut être par exemple une face plane du râteau denté 12, cette face plane faisant partie intégrante du râteau.

[0022] L'appareil 10 de mesure et/ou de contrôle selon l'invention comporte en outre un capteur de position 20 permettant de mesurer la position de l'élément mobile 9 ou plus précisément la position de l'élément de référence 19 solidaire du râteau denté 12. Ce capteur de position 20 est solidaire du bâti 14 de l'appareil de mesure et est agencé pour mesurer, de façon directe ou indirecte, une distance entre le capteur de position 20 ou un point fixe du bâti 14 et un point de l'élément de référence 19.

[0023] Plusieurs techniques sont envisageables pour mesurer la distance entre le capteur de position et l'élément de référence 19 ou la position de cet élément de référence. L'une de ces techniques utilise un nanoradar Doppler, en particulier un nanoradar Doppler à onde continue modulée en fréquence. Un tel radar a plusieurs avantages. D'une part, sa taille relativement petite le rend compatible avec un montage dans un appareil de mesure selon l'invention. D'autre part, par la modulation de fréquence, il permet de mesurer, par effet Doppler-Fizeau, une distance d'un objet immobile. Par ailleurs, la répétabilité et la précision des mesures sont compatibles avec une application dans le domaine de la mécanique de précision.

[0024] Une autre technologie de mesure utilise une diode connue sous l'appellation „diode reflex“. Une telle diode émet un faisceau lumineux en direction d'un objet dont la distance doit être mesurée et détermine la durée entre l'émission du faisceau et sa réception après réflexion sur l'objet. Cette durée permet de calculer la distance de l'objet. Cette diode reflex est également compatible avec la résolution des mesures recherchées, à savoir de l'ordre du micromètre, avec la répétabilité recherchée et avec les contraintes de volume disponible dans l'appareil de mesure.

[0025] D'autres technologies peuvent également être utilisées, se basant par exemple sur un système à induction ou sur l'émission et la réception d'ultrasons après réflexion sur l'objet. Ces différentes technologies doivent de préférence être compatibles avec une utilisation dans un appareil de mesure selon l'invention. Ces appareils ont une taille généralement relativement petite, ce qui limite la taille des capteurs ou émetteurs qu'il est possible d'intégrer dans l'appareil. Il est toutefois à noter qu'il est également possible de placer une partie du capteur de position en dehors ou à côté des comparateurs.

[0026] Selon une variante, il est possible d'intégrer à l'appareil de mesure, des capteurs environnementaux, agencés pour mesurer des paramètres de l'environnement dans lequel est placé l'appareil de mesure. De tels capteurs environnementaux peuvent par exemple mesurer la température, l'humidité, des accélérations selon différents axes, etc. De façon générale, il peut être judicieux d'utiliser des capteurs environnementaux pour les différents paramètres qui peuvent influencer les mesures, ces paramètres dépendant de la technique utilisée par le capteur de mesure.

[0027] Les valeurs mesurées par ces capteurs environnementaux peuvent être des valeurs numériques ou des valeurs converties en données numériques. Elles peuvent être transmises au dispositif d'utilisation des données qui peut tenir compte des valeurs reçues pour apporter une correction aux valeurs mesurées par le capteur de position.

[0028] Il est important que le système et la technique utilisés soient compatibles avec la précision et la résolution recherchée. A titre d'exemple, les comparateurs généralement utilisés dans le domaine de la mécanique de précision ont une résolution plus petite que le micromètre.

[0029] En fonction de la technique de mesure utilisée pour mesurer la position de l'élément de référence 19, cet élément de référence 19 peut comporter un organe de référence 21. A titre d'exemple, si la mesure est effectuée au moyen d'un système optique, l'organe de référence 21 de l'élément de référence 19 peut comporter une zone réfléchissante adaptée pour faciliter la mesure ou pour en augmenter la précision. De manière similaire, si la mesure est effectuée par un dispositif à induction par exemple, l'organe de référence 21 de l'élément de référence 19 peut être réalisé en un matériaux différent du reste du râteau denté 12.

[0030] L'appareil de mesure selon l'invention permet de déterminer la position de l'élément de référence 19 par rapport au bâti 14 de l'appareil de mesure ou par rapport à une position de repos du palpeur 11 par exemple. Cet appareil de mesure comporte un convertisseur analogique/numérique 22 qui convertit la valeur mesurée en une valeur transmissible. Plus précisément, la valeur mesurée est une valeur analogique, qui peut prendre toute grandeur continue entre deux bornes. La valeur transmissible est une valeur numérique, qui est donc une valeur discrète obtenue par numérisation de la valeur analogique mesurée. La valeur transmissible peut être encapsulée dans un message sous forme de valeur numérique, le message étant ensuite transmis à un appareil de réception adapté au moyen d'un émetteur 23.

[0031] Dans les figures 1 et 2, l'émetteur 23 est représenté par le même élément que le convertisseur analogique/numérique 22. Ces composants peuvent être intégrés dans un même boîtier ou au contraire être réalisés sous la forme de composants distincts.

[0032] A titre d'exemple, l'émetteur 23 peut utiliser une technologie de communication telle que Bluetooth, Wifi ou tout autre moyen permettant de transmettre à un récepteur 24 adapté, les valeurs numériques correspondant aux valeurs mesurées. Il est également possible d'utiliser une communication câblée entre un ou plusieurs appareils de mesure 10 et le récepteur 24 adapté. Une combinaison d'une communication câblée et sans fil peut également être envisagée. Ceci pourrait par exemple être le cas si plusieurs appareils de mesure 10 selon l'invention sont reliés par câble à un agrégateur 25 qui reçoit les résultats des mesures de ces appareils de mesure. Cet agrégateur 25 peut ensuite comporter un module de communication sans fil destiné à transmettre les mesures vers le récepteur 24 d'un dispositif d'utilisation des données 26. Il est clair qu'une transmission au moyen d'une connexion câblée est également possible.

[0033] Le récepteur 24 adapté peut par exemple être un récepteur de type téléphone portable comportant une application logicielle en charge d'extraire les valeurs des mesures, de traiter ces valeurs et de les utiliser en fonction des spécificités de l'application. A titre d'exemple, l'application pourrait afficher les valeurs des mesures de plusieurs appareils de mesure, indiquer quelles valeurs ou pour quels appareils, les valeurs mesurées se trouvent dans une plage de valeurs acceptables ou au contraire non conformes, des indications concernant la déviation des mesures pour un appareil ou un groupe d'appareils donnés, une alarme pour les appareils mesurant des valeurs non conformes, etc.

[0034] Il est également possible d'agréger les données de plusieurs appareils de mesure en vue d'en tirer des informations utiles à des fins de gestion de la production, de la surveillance de la qualité, etc.

[0035] L'invention concerne non seulement des appareils de mesure tels que décrits ci-dessus, mais également un système tel qu'illustré par la figure 3 et comportant plusieurs appareils 10 de mesure, au moins un dispositif d'utilisation des données utilisant des données des appareils de mesure ainsi que les modules de communication, c'est-à-dire les émetteurs 23 et les récepteurs 24 en charge de transmettre des données depuis les appareils de mesure vers le ou les appareils utilisateurs.

[0036] L'invention est particulièrement intéressante en ce sens qu'elle permet d'afficher les résultats des mesures de façon facilement interprétable par les utilisateur, en particulier sous forme analogique, et sans changer les habitudes et les pratiques des utilisateurs. Tout en conservant cet aspect analogique, l'invention permet de transformer les résultats des mesures analogiques en valeurs numériques, ce qui permet leur transmission à distance et leur utilisation automatique par des équipements électroniques adaptés.

[0037] Cette utilisation automatique permet également d'agir par exemple sur une ligne de production, en l'arrêtant si les valeurs mesurées ne sont pas conformes à des valeurs de consigne ou en modifiant par exemple des paramètres de fabrication pour compenser une usure d'outil ou d'autres paramètres.

Claims (10)

1. Appareil mécanique de mesure et/ou de contrôle d'au moins une grandeur physique d'une pièce mécanique, cet appareil (10) comportant un affichage analogique agencé pour afficher une valeur de mesure et au moins un élément mobile (9) dont la position dépend d'une valeur de ladite grandeur physique mesurée, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de position (20) agencé pour déterminer la position dudit élément mobile (9) et un convertisseur analogique/numérique (22) agencé pour convertir une valeur correspondant à la position dudit élément mobile (9) en une valeur numérique.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément mobile (9) comporte un râteau denté (12).

3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément (9) mobile comporte un élément de référence (19).

4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit élément mobile (9) comporte un organe de référence (21).

5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit capteur de position (20) comporte un radar.

6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit radar est un radar à effet Doppler.

7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit capteur de position (20) comporte un dispositif d'émission d'un faisceau électromagnétique, un dispositif de réception de faisceau magnétique réfléchi par ledit élément mobile (9) et un dispositif de mesure de la durée écoulée entre l'émission du faisceau magnétique et sa réception après réflexion par ledit élément mobile.

8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un émetteur (23) agencé pour transmettre une valeur provenant dudit convertisseur analogique/numérique (22) à au moins un récepteur (24).

9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur environnemental agencé pour mesurer une valeur d'au moins un paramètre de l'environnement dudit appareil (10).

10. Système de mesure et/ou de contrôle d'au moins une grandeur physique d'une pièce mécanique, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un appareil (10) tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 9 et un dispositif d'utilisation des données (26) dudit appareil (10) de mesure et/ou de contrôle.