EP3990856A1 - Machine et méthode de contrôle de pièces mécaniques - Google Patents

Machine et méthode de contrôle de pièces mécaniques

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Publication number
EP3990856A1
EP3990856A1 EP20734401.1A EP20734401A EP3990856A1 EP 3990856 A1 EP3990856 A1 EP 3990856A1 EP 20734401 A EP20734401 A EP 20734401A EP 3990856 A1 EP3990856 A1 EP 3990856A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
machine
control
freedom
degrees
Prior art date
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Pending
Application number
EP20734401.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Joël MOREAU
Fabrice Moreau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Espi France
Original Assignee
Espi France
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Espi France filed Critical Espi France
Publication of EP3990856A1 publication Critical patent/EP3990856A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/0002—Arrangements for supporting, fixing or guiding the measuring instrument or the object to be measured
    • G01B5/0004—Supports
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G01B11/005—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/047—Accessories, e.g. for positioning, for tool-setting, for measuring probes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines

Definitions

  • the present invention relates to the field of checking mechanical parts and more precisely to the field of machines for checking mechanical parts.
  • this invention relates to a machine for checking mechanical parts, this machine comprising at least one frame, a workpiece carrier assembly on which the mechanical part to be checked is placed and at least two sensors arranged to check at least one characteristic. of said mechanical part.
  • the invention also relates to a method for checking mechanical parts by means of a machine as defined above.
  • Such a machine can in particular be used in the context of dimensional control of parts or control of the surface condition, both in a metrology laboratory and in a production environment.
  • CMM three-dimensional measuring machines
  • these machines When they are used for dimensional and / or geometric inspection, these machines are used to determine coordinates of measured points or control points in a frame of reference linked to the inspection machine or to the inspected part. These coordinates are processed in order to verify the adequacy between the theoretical dimensions and the real dimensions of the part.
  • These machines generally include a frame and a table fixed relative to the frame, the part to be checked being fixed on the table.
  • the machine generally comprises a gantry mounted on slides and a measuring head mounted on the gantry. The displacement of the measuring head is carried out along three orthogonal axes defining three degrees of freedom, which makes it possible to bring the measuring head opposite the various control points.
  • a probe or sensor is moved until it rests against the mechanical part to be checked.
  • the position of the probe or of the sensor at the moment of contact is determined by means of graduated rulers, encoders or by other measuring means.
  • CMMs with only linear axes of motion and therefore a maximum of three degrees of freedom may not necessarily access all desirable control points for any part.
  • CMM type machines To allow access to a greater variety of control points, some CMM type machines have a measuring head arranged on an arm capable of pivoting around several axes of rotation. This makes it possible to access measurement points which may be difficult to access if the measurement head is movable in translation only along three orthogonal axes.
  • the probe should preferably move quickly in order to minimize the measurement cycle time.
  • the probe can be placed on a mobile gantry only with linear movements, on a mobile robot arm only with movements around the axes of rotation or on a support producing linear and rotational movements.
  • the movements of the probe involve significant accelerations and decelerations of the probe. These significant accelerations and decelerations create distortions in the probe and generate errors and uncertainties in the measurements.
  • Japanese publication JP 2016 13691 describes a machine for measuring the shape of an object by means of non-contact measurement.
  • This machine comprises a linearly movable plate along at least two orthogonal axes.
  • the machine further includes a table tilting unit for pivoting the table around two axes of rotation.
  • the translation and rotation axes of the machine make it possible to move a point of the part to measure opposite a sensor, in an orientation allowing this sensor to perform a measurement.
  • the machine described in this publication is only intended for measuring the shape of an object by means of an optical sensor. This measurement is made by modifying the distance between the part and a lens of the optical sensor, so as to obtain maximum intensity of the reflected light. Due to the special way of performing measurements in this invention, the machine cannot be adapted to perform other types of measurements.
  • Russian publication No. 2,461,839 is similar to the Japanese publication mentioned above in that it has a plate for bringing a part to be inspected opposite a lens of an optical system.
  • this optical system is that of a microscope intended to analyze the surface of a sample.
  • this machine cannot be adapted for industrial control of several parameters of the same part.
  • the publication DE 10 2016 214307 describes a support which can be used with a conventional testing machine.
  • This support can be placed on the platform of the measuring machine. It is formed by an arm made up of several segments, each of these segments being articulated on the adjacent segments.
  • the support is intended to present the part to be measured to a sensor of a conventional inspection machine.
  • a support is not suitable for industrial control of parts, the precision of the measurements required in this field cannot be achieved with such a device.
  • a machine capable of checking different types of parts, in particular parts for which a three-dimensional control is necessary.
  • Such a machine should be able to check different characteristics of the parts, ideally without having to remove the part from the checking machine.
  • the machine should be designed to minimize clutter or optimize the ratio between the useful volume and the total volume. Control cycle time should also be minimized while reducing measurement errors and uncertainties.
  • the control machine according to the present invention solves certain problems of the machines of the prior art by proposing a multi-sensor three-dimensional measuring machine, having a good total volume / useful volume ratio and making it possible to carry out reliable and precise measurements in a relatively short time. .
  • the object of the invention is achieved by a machine as defined in the preamble and characterized in that the workpiece carrier assembly is movable relative to the frame of the machine according to at least four degrees of freedom, at least two of said degrees of freedom.
  • freedom being defined by two axes of rotation that are not collinear with one another, this part-holder assembly being movable so as to allow positioning at least one point of said mechanical part to be checked opposite one of said at least two sensors, in that the total number of degrees of freedom of the workpiece carrier assembly and of the sensor opposite which the workpiece to be checked is positioned is at least equal to five, in that the checking machine further comprises measuring means arranged to determine the position of this workpiece holder assembly and in that at least one of said sensors is supported by a gantry linked to the frame of the machine.
  • the object of the invention is also achieved by a method of checking mechanical parts by means of a machine comprising at least one frame, a workpiece carrier assembly on which the mechanical part to be checked and at least two sensors is placed, at least one of said sensors being supported by a gantry linked to the frame of the machine, these sensors being arranged to control at least one characteristic of said mechanical part, said part holder assembly being movable relative to the frame of the machine according to at least four degrees of freedom, at least two of said degrees of freedom being defined by two axes of rotation not collinear with each other and the total number of degrees of freedom of the workpiece assembly and of the sensor opposite which the part to be checked is positioned to be at least equal to five, this method comprising the following steps: a) definition of a set of check points arranged on the mechanical part to be checked;
  • the machine of the invention allows reliable and precise control of mechanical parts. This machine makes it possible in particular to carry out three-dimensional checks of these parts while minimizing the total volume of the machine in relation to the size of the part to be checked or the useful volume of the machine. This machine eliminates distortions that can occur depending on the travel speed, acceleration and deceleration experienced by the probe or sensor.
  • This machine can be adapted to measure or control different characteristics of a part to be inspected.
  • the machine can be equipped with a whole range of sensors, detectors or suitable probes, which avoids having to transfer the part from one machine to another according to the characteristic checked on this part.
  • This also makes it possible to carry out all the measurements having the part in the same installation, without having to recalibrate the machine. The precision and reliability of the measurements are therefore improved.
  • This also makes it possible to reduce the cycle time since all the operations linked to the movement of the part, to the repositioning of this part on a second machine and to the calibration of this second machine are eliminated.
  • This machine can also be used in an environment such as a metrology laboratory, but also in an industrial environment, in particular thanks to the management of vibrations and temperature variations that can occur in such an industrial environment.
  • a short measuring or checking cycle time and the possibility of using the machine in an industrial environment allows checks to be carried out during the manufacture of a series of parts. This makes it possible in particular to detect drifts with respect to the theoretical dimensions of the parts, these drifts possibly being due to poor settings, tool wear or any other cause.
  • the early detection of errors makes it possible to quickly correct the machining machines or the programs managing these machines in order to compensate for errors and possible drifts during the production of the series of parts.
  • FIG. 2 schematically illustrates a control machine according to a second embodiment of the invention
  • Figure 3 illustrates a detail of the machine according to the invention.
  • the inspection machine 10 of the invention essentially comprises a fixed base 1 1 integral with a frame 12 of the machine, a measuring gantry 13, a workpiece carrier assembly 14 supporting the part (s) of which certain characteristics are monitored and at least two sensors 15 intended to monitor at least one characteristic of the part.
  • the gantry 13 is not movable relative to the fixed base 1 1 or to the frame 12, but is immobile relative to this fixed base 1 1 or this frame 12. This characteristic allows a particularly robust and particularly rigid construction, which makes it possible to increase the precision and repeatability of the measurements.
  • the workpiece carrier assembly 14 comprises in particular a table 16 cooperating with uprights 17 of the frame 12 of the machine.
  • the table 16 is movable longitudinally relative to these uprights 17.
  • the fixed base 1 1 defines a horizontal plane.
  • the table 16 is capable of moving in a linear direction generally perpendicular to the plane defined by the fixed base 1 1 and therefore generally vertical.
  • the direction of movement of the table 16 may be along a vertical axis bearing the reference z.
  • the gantry 13 is held by the uprights 17, these uprights being arranged substantially symmetrically on either side of the fixed base 1 1.
  • These uprights 17 include rails 18 or slides arranged to guide the table 16.
  • the table may include pads sliding along the rails.
  • Other types of guidance can also be used, such as, for example, guidance on air cushions. Due to the construction of the machine, it is possible to guide the table 16 while ensuring great stability of this table, so as to guarantee that all the positions that the table can reach are mutually parallel. This stability can for example be increased by using arms or mechanical reinforcement or stabilization elements.
  • the setting in motion of the table 16 can be carried out by means of a motor (not shown). In a preferred embodiment, this setting in motion is managed by two motors, arranged near each of the uprights 17. These motors can advantageously be linear motors.
  • the workpiece carrier assembly 14 includes a longitudinal displacement plate 19, also called longitudinal plate, and a transverse displacement plate 20, also called transverse plate.
  • the longitudinal displacement plate 19 and the transverse displacement plate 20 together form the movable plate 21.
  • the longitudinal plate 19 is mounted on at least one linear guide disposed coplanar with a plane of the table 16.
  • the direction of movement of the longitudinal plate 19, or longitudinal direction bears the reference y.
  • the longitudinal plate 19 is arranged in a housing 22 of the table 16, the edges of the housing 22 cooperating with the edges of the table to ensure precise linear guidance.
  • the longitudinal displacement plate 19 comprises two side members 23 sliding in two grooves 24 corresponding to table 16. It is clear that other guides can also be used.
  • the transverse displacement plate 20 can be moved along an axis perpendicular to the linear displacement axis y. This perpendicular or transverse axis bears the reference x in Figures 1 and 2.
  • the transverse plate 20 is guided in the longitudinal displacement plate 19 in the same way as the longitudinal plate 19 is guided in the table 16. It is clear that other embodiments or other types of guidance could be used.
  • the x and y linear axes of motion are referred to here as the basic linear axes. These basic linear axes are preferably orthogonal to each other.
  • the machine according to the invention and more specifically the workpiece carrier assembly 14 further comprises a caliper 25 illustrated in more detail in Figure 3 and intended to receive the workpiece to be checked.
  • This bracket 25 can be associated with a fitting (not shown) intended to hold the part to be checked in an appropriate position and to prevent the movement of this part during its control.
  • the caliper 25 is mounted on the movable plate 21 and more precisely on the transverse plate 20. It is clear that the order of the longitudinal plate 19 and of the transverse plate 20 could be reversed, so that the transverse plate could be guided by the table 16 and that the bracket 25 could be placed on the longitudinal plate 19.
  • the bracket 25 comprises a workpiece support 26 pivoting about an axis of rotation C, this workpiece support being mounted in a console 27.
  • the console is preferably symmetrical and / or balanced and comprises two aligned cylindrical tenons 28 each disposed in a bearing 29. These tenons 28 and these bearings 29 are arranged so as to allow the rotation of the console 27 about a rotation axis A passing through the two tenons.
  • the movable plate 21 may include a recess in which the stirrup 25 can be positioned.
  • This recess makes it possible to reduce the total mass of the workpiece-holder assembly 14.
  • the recess makes it possible to place the bracket. part to be checked as close as possible to the movable plate 21 or to the table 16. This makes it possible to increase the rigidity of the machine and thus to minimize errors and measurement uncertainties.
  • the part support 26 may itself include a recess allowing for example access to both sides of the part to be checked.
  • one of the axes of rotation A or C may be generally parallel or coincident with one of the x or y base linear displacement axes of the movable table.
  • the movements of the console 27 and of the workpiece support 26 around the axes of rotation A and C are generated and controlled by precision motors (not shown) making it possible to ensure the greatest possible precision and repeatability of the movement of the machine. part to be checked.
  • the axes of rotation A and C of the console 27 and of the workpiece support 26 are also associated with means for measuring the position of this console and of the workpiece support. These measuring means can be rules associated with optical, electrical and / or mechanical means or encoders.
  • the axes of rotation A and C defined above materialize two degrees of freedom in rotation for the movement of the part to be checked.
  • the part to be inspected can be moved in particular in a plane of the table 16, along the two basic linear displacement axes, these axes forming two degrees of freedom. These movements can be provided for example by guides.
  • Each of these movements is also associated with at least one motor (not shown) which can for example be a linear motor.
  • motors and the corresponding guides make it possible to position the plate 21 precisely in a work zone of the checking machine.
  • the movement along each of the x or y axes takes place along two parallel rails, by means of a linear motor aligned with the rails and passing close to the center of gravity of the movable plate.
  • the guides or more generally the movable elements of the workpiece carrier assembly 14 are also associated with measuring means making it possible to determine the position of the components of the workpiece carrier assembly.
  • These measuring means can in particular be rules making it possible to determine a position by optical, electrical and / or mechanical means or encoders.
  • the position of the components of the workpiece assembly can also be determined by the commands that have been transmitted to the motors.
  • the table 16 can move along a linear displacement axis that is not coplanar with the linear displacement axes of the movable plate or vertical axis z.
  • the table 16 is not movable in the vertical direction.
  • the sensor 15 used to perform a measurement is movable on the measuring gantry 13 in a direction orthogonal to the plane of the table 16 or along the z axis defined above or else along a vertical axis.
  • the guidance can be achieved in different ways, for example by using the uprights 17 as a support as shown in Figure 2 or by resting on the center of the gantry 13.
  • the gantry 13 supports a barrel 30 comprising several sensors 15, for example sensors capable of each measuring or controlling a different characteristic of the part to be inspected.
  • the barrel 30 may include a sensor 15 produced in the form of a probe intended to measure a geometric characteristic of shape, dimension and / or position in particular, a white light sensor intended to monitor a state. surface, a camera intended to determine a profile or to carry out an aspect control, etc.
  • the barrel 30 is stationary during a control or measurement cycle.
  • This barrel may be rotating, so as to bring a sensor to a desired location, this sensor being suitable for monitoring at least one determined parameter of a monitoring cycle.
  • This barrel 30 can be moved in rotation and / or in translation along a vertical axis, provided that a control cycle is not in progress. This mobility along a vertical axis is only used to facilitate for example the change of sensor or to place a sensor in a position in which it does not interfere with the sensor used for the following measurement cycle.
  • the barrel 30 is completely immobile along a vertical axis and / or an axis of rotation.
  • the fact that the sensor 15 is stationary in the vertical direction makes it possible to design a particularly stable and particularly robust barrel, which further minimizes the errors and uncertainties of the measurement.
  • the table 16 is not linked to the runners or a guide, but to the uprights 17 or to the frame 12 of the machine. It is therefore fixed with respect to this frame 12.
  • the senor 15 is mobile in translation along a vertical axis or z axis during a control cycle.
  • the sensor 15 is integral with a column or a vertically movable cross member 31 driven by at least one motor such as for example a linear motor.
  • the position of the column or cross member 31 must be able to be determined with precision, for example by means of a ruler or an encoder or by processing the control signals sent to the motor of the column.
  • the workpiece, held on the workpiece assembly 14 can be moved to different positions.
  • This movement can be done by the presence of different axes of movement which can be either linear or rotary and which define different degrees of freedom.
  • the axes of linear movement and rotation can be materialized by different components varying from one embodiment to another. However, it is important that the part to be inspected is mobile according to at least four degrees of freedom, at least two of which are in rotation.
  • the three linear axes of displacement x, y and z define three degrees of freedom.
  • the two axes of rotation A and C of the workpiece carrier assembly define two degrees of freedom so that this workpiece assembly 14 has five degrees of freedom.
  • the workpiece carrier assembly has four degrees of freedom, two in rotation and two in translation.
  • the sensor 15 has a degree of freedom.
  • the total number of degrees of freedom between the workpiece assembly and the sensor must be a minimum of five, the number of degrees of freedom of the sensor is a maximum of one and the number of degrees of freedom per axes rotation is a minimum of two.
  • the part to be checked can be positioned opposite the sensor in positions allowing measurements to be taken in the extension of the sensor.
  • the machine according to the invention can be used to control different characteristics of mechanical parts on different types of parts.
  • a characteristic commonly checked on this type of machine is the size and more precisely the match between the actual dimensions of the part being checked and the combination of the desired size and tolerances for that part.
  • the mechanical part is placed on a suitable fixture so as to be able to prevent this mechanical part from moving relative to the fixture.
  • the fitting is fixed to the workpiece carrier assembly 14 and more precisely to the workpiece support 26 of the caliper 25.
  • the sensor 15 making it possible to measure this determined characteristic is chosen and positioned in the barrel 30 so as to be operational.
  • the point to be checked or control point concerned is positioned opposite the sensor 15, preferably in such a way that the plane tangent to the control point is perpendicular to the measurement axis of the sensor or vertical axis z.
  • Such positioning is possible due to the fact that the workpiece-holder assembly is capable of moving according to at least four degrees of freedom, at least two of which are linked to axes of rotation.
  • the positioning of the control point opposite the axis of the sensor is done by using in combination, the base linear guides x and y making it possible to position the movable plate 21, the guide vertical linear allowing to position the table 16 and the motors for the positioning of the console 27 and the workpiece support 26.
  • the mechanical part is preferably moved along a vertical axis z by moving the table 16 along the uprights 17 until a contact is detected , but also along the x and y axes.
  • the console 27 and the workpiece support 26 are also moved around their respective axes of rotation A and C, such that the control point is opposite the sensor, a plane tangent to this control point being substantially horizontal.
  • the linear position of the table along the z axis is determined, as well as the linear positions of the movable plate 21 along the x and y axes.
  • the angular positions along the axes of rotation A and C of the console 27 and of the workpiece support 26 are also determined by the means for measuring the position of the workpiece carrier assembly. The combination of these different positions makes it possible to determine the coordinates of the control point.
  • the vertical z axis is also called the "sensor measurement axis" because the sensor measures along this z axis.
  • the coordinates of a set of control points are determined by repeating the operations described above, until all the desired control points have been measured.
  • the coordinates of this set of points are then processed so as to provide the user with the information sought.
  • This information can be of different kinds. In many cases, the information will be an assessment of the conformity of the checked part, i.e. an answer to the following question: do the dimensions and geometry of the part as measured conform to the theoretical part, in tolerances defined for this part.
  • the measured and processed coordinates are compared to theoretical values of the part to be inspected, then it is determined whether the measured coordinates correspond to these theoretical values, taking into account the tolerances allowed for this part or for the different points of the part.
  • the characteristic checked on the mechanical part can also be a surface finish.
  • a suitable sensor for example a white light sensor or a laser.
  • the invention makes it possible to control or measure several characteristics of the same mechanical part without having to transfer the part from one machine to another.
  • each feature is controlled by a different sensor.
  • the various sensors can be mounted on a barrel or other similar support so that they can be available when a corresponding characteristic is checked. These sensors are therefore interchangeable, in that the sensor used to measure or control a certain characteristic of the mechanical part can be replaced by another sensor when another characteristic of the mechanical part needs to be checked.
  • each set of measured values, corresponding to a determined parameter of the mechanical part to be checked is the subject of a specific treatment. It is also possible to take measurements with several sensors corresponding to different characteristics to be checked, before processing these different measurements. In this case, the measurements are processed in the same processing step, even if the measured values correspond to different characteristics of the mechanical part to be checked. It is also possible to combine these different ways of doing things, namely processing for example a set of measurements corresponding to a single parameter to be checked, before processing a set of measurements corresponding to several parameters to be checked.
  • the part is positioned similarly to the positioning explained with reference to FIG. 1.
  • the vertical or z-axis movement is not performed by table 16, but by sensor 15.
  • the measurements are carried out in the same way, whether it is the table 16 which moves along the vertical axis or the sensor 15.
  • This type of checking machine is particularly interesting for several reasons.
  • the inspection machine according to the invention is particularly compact. Indeed, the sensor which performs a measurement is either stationary or mobile in a single direction or along a single axis and does not need to move around the part to be checked. This implies that the volume required to reach the different places where the part is to be checked can be relatively small compared to the size of the part to be checked.
  • This feature has an advantage in that the inspection machine can be placed in a place where available space can be limited, typically a production workshop.
  • the movement of the sensor along the vertical axis or z axis can also advantageously be used to allow easy change of the sensor, this sensor being suitable for the type of part to be checked, the check to be carried out and certain requirements or specificity of the check.
  • the sensor it is possible to provide a fixed sensor at least during one measurement cycle, linked to the measurement gantry.
  • the fixed nature of this sensor implies that it does not undergo any acceleration / deceleration and therefore no measurement errors or uncertainties that may be related to the displacement of the sensor during a measurement cycle.
  • the sensor can be mobile along the vertical axis, this mobility being used only to facilitate the change of sensor, in order to adapt this sensor to the measurement or control to be performed.
  • One advantage of the machine according to the invention is the fact that the encoders or more generally the means for determining the position of the components of the workpiece carrier assembly are arranged near the workpiece. This makes it possible to avoid parasitic torques and increases the precision and repeatability of measurements.
  • the machine according to the invention therefore allows reliable and efficient control of various parameters of a mechanical part, while being compact. This compactness also makes it possible to reduce structural length variations due to temperature variations.
  • This machine allows the use of different sensors capable of measuring different characteristics of the mechanical parts to be controlled, which allows a complete control of a part without having to use several control machines, nor to move the part to be controlled on several fixtures. .
  • the machine of the invention is illustrated in a form in which the part to be inspected is arranged on a movable plate in a plane. It is clear that other embodiments could be used as long as these embodiments allow the part to be inspected to be presented opposite the sensor, in order to carry out the required inspections.

Abstract

L'invention concerne une machine de contrôle de pièces mécaniques comportant un bâti (12), un ensemble porte-pièce (14) et au moins deux capteurs (15) agencés pour contrôler au moins une caractéristique de la pièce mécanique. L'ensemble porte-pièce (14) est mobile par rapport au bâti (12) de la machine selon au moins quatre degrés de liberté, au moins deux desdits degrés de liberté étant définis par deux axes de rotation (A, C). L'ensemble porte-pièce (14) est mobile de façon à permettre de positionner un point de ladite pièce mécanique à contrôler en regard de l'un des capteurs (15). Le nombre total de degrés de liberté de l'ensemble porte-pièce (14) et du capteur (15) est au moins égal à cinq. La machine de contrôle (10) comporte en outre des moyens de mesure agencés pour déterminer la position de cet ensemble porte-pièce (14). Au moins l'un desdits capteurs est supporté par un portique (13) lié au bâti (12) de la machine. L'invention concerne également une méthode de contrôle de pièces mécaniques au moyen d'une machine telle que définie ci-dessus, cette méthode comportant les étapes de définition d'un ensemble de points de contrôle disposés sur la pièce mécanique à contrôler; de choix d'un capteur (15) adapté à la caractéristique à contrôler; de positionnement de la pièce mécanique sur l'ensemble porte-pièce (14); de déplacement de l'ensemble porte-pièce (14) selon au moins quatre degrés de liberté de façon à positionner un point de contrôle en regard du capteur choisi (15); de mesure au moyen du capteur (15), de la caractéristique à contrôler du point de contrôle positionné en regard de ce capteur; de mémorisation de la valeur des caractéristiques mesurées en lien avec une position du capteur lors de la mesure; de reprise des trois étapes précédentes pour les différents points de contrôle et de traitement des mesures des caractéristiques en fonction du paramètre à contrôler.

Description

MACHINE ET MÉTHODE DE CONTRÔLE DE PIÈCES MÉCANIQUES
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne le domaine du contrôle de pièces mécaniques et plus précisément le domaine des machines de contrôle de pièces mécaniques.
De façon plus détaillée, cette invention concerne une machine de contrôle de pièces mécaniques, cette machine comportant au moins un bâti, un ensemble porte-pièce sur lequel est disposée la pièce mécanique à contrôler et au moins deux capteurs agencés pour contrôler au moins une caractéristique de ladite pièce mécanique.
L’invention concerne également une méthode de contrôle de pièces mécaniques au moyen d’une machine telle que définie ci-dessus.
Une telle machine peut en particulier être utilisée dans le cadre du contrôle dimensionnel de pièces ou du contrôle de l’état de surface, aussi bien dans un laboratoire de métrologie que dans un environnement de production.
ART ANTERIEUR
Actuellement, il existe plusieurs types de machines utilisées pour le contrôle de pièces mécaniques. Parmi ces différents types, on peut citer les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT). Celles-ci sont généralement destinées à mesurer des dimensions et/ou des caractéristiques géométriques de la pièce. Certaines machines permettent également de contrôler l’état de surface de telles pièces.
Lorsqu’elles sont utilisées pour un contrôle dimensionnel et/ou géométrique, ces machines sont utilisées pour déterminer des coordonnées de points mesurés ou points de contrôle dans un référentiel lié à la machine de contrôle ou à la pièce contrôlée. Ces coordonnées sont traitées de façon à vérifier l’adéquation entre les dimensions théoriques et les dimensions réelles de la pièce. Ces machines comportent généralement un bâti et une table fixe par rapport au bâti, la pièce à contrôler étant fixée sur la table. La machine comporte généralement un portique monté sur des glissières et une tête de mesure montée sur le portique. Le déplacement de la tête de mesure est réalisé selon trois axes orthogonaux définissant trois degrés de liberté, ce qui permet d’amener la tête de mesure en regard des différents points de contrôle.
Un palpeur ou capteur est déplacé jusqu’à ce qu’il soit en appui contre la pièce mécanique à contrôler. La position du palpeur ou du capteur au moment du contact est déterminée au moyen de règles graduées, de codeurs ou par d’autres moyens de mesure.
Les MMT ayant uniquement des axes de déplacement linéaires et donc au maximum trois degrés de liberté ne peuvent pas nécessairement accéder à tous les points de contrôle souhaitables pour n'importe quelle pièce. Dans certaines configurations de pièces, il peut être nécessaire de réaliser un certain nombre de mesures lorsque la pièce mécanique est placée sur un premier posage, puis de placer la pièce dans un deuxième posage pour réaliser des mesures sur des points de mesure non accessibles lorsque la pièce est placée dans le premier posage.
Ceci présente plusieurs inconvénients. En particulier, le temps d’un cycle de mesures est fortement augmenté parce qu’il faut libérer la pièce du premier posage, la repositionner dans le deuxième posage et recalibrer la machine avant de débuter les mesures. De plus, le risque d’erreurs de mesures est augmenté du fait du transfert de la pièce d’un posage à un autre.
Pour permettre un accès à une plus grande variété de points de contrôle, certaines machines de type MMT ont une tête de mesure disposée sur un bras susceptible de pivoter autour de plusieurs axes de rotation. Ceci permet d’accéder à des points de mesure qui peuvent être difficilement accessibles si la tête de mesure est mobile en translation uniquement selon trois axes orthogonaux.
L’un des problèmes avec ces machines est dû à leur encombrement. En effet, lorsque le palpeur doit pouvoir contrôler des pièces complexes, le bras portant le palpeur doit pouvoir se déplacer autour de la pièce. Vu la grandeur des bras et des palpeurs couramment utilisés, ceci implique un volume de la machine relativement grand même pour des pièces à contrôler relativement petites. En d’autres termes, le volume de la machine est grand par rapport à son volume utile.
Un autre problème avec ce genre de machines est dû au déplacement du palpeur. Le palpeur doit se déplacer de préférence rapidement afin de minimiser le temps de cycle de mesure. Le palpeur peut être placé sur un portique mobile uniquement selon des déplacements linéaires, sur un bras robot mobile uniquement selon des déplacements autour d’axes de rotation ou sur un support produisant des déplacements linéaires et en rotation. Les déplacements du palpeur impliquent des accélérations et des décélérations importantes du palpeur. Ces accélérations et décélérations importantes créent des distorsions dans le palpeur et génèrent des erreurs et des incertitudes dans les mesures.
Les machines actuelles sont généralement prévues pour fonctionner avec un type de palpeur. Lorsque plusieurs caractéristiques d’une pièce doivent être contrôlées, par exemple des caractéristiques dimensionnelles, des caractéristiques de profil, un état de surface ou un aspect, il arrive fréquemment qu’une première caractéristique soit contrôlée sur une première machine de contrôle et qu’une deuxième caractéristique soit contrôlée sur une deuxième machine de contrôle de type différent. Ceci engendre plusieurs inconvénients. Tout d’abord, il est nécessaire de disposer de plusieurs machines de contrôle spécifiques, ce qui engendre des coûts d’achat des machines et des frais liés à la place requise pour chaque machine. Il est nécessaire de déplacer les pièces à contrôler d’une machine à l’autre, ce qui engendre un temps de cycle relativement important qui peut éventuellement empêcher un contrôle durant un cycle de fabrication des pièces. Un positionnement des pièces à contrôler doit être réalisé sur chaque machine de contrôle, de même qu’un calibrage de ces différentes machines. Ceci implique un risque d’erreurs et d’incertitudes de mesure.
Certaines machines existantes ont été développées pour tenter de résoudre certains des problèmes mentionnés ci-dessus. La publication japonaise JP 2016 13691 décrit une machine destinée à mesurer la forme d’un objet au moyen d’une mesure sans contact. Cette machine comporte un plateau mobile linéairement selon au moins deux axes orthogonaux. La machine comporte en outre une unité de basculement de la table permettant de pivoter la table autour de deux axes de rotation. Les axes de translation et de rotation de la machine permettent de déplacer un point de la pièce à mesurer en regard d’un capteur, dans une orientation permettant à ce capteur d’effectuer une mesure.
La machine décrite dans cette publication est uniquement prévue pour mesurer la forme d’un objet au moyen d’un capteur optique. Cette mesure se fait en modifiant la distance entre la pièce et une lentille du capteur optique, de façon à obtenir une intensité maximale de la lumière réfléchie. Du fait de la manière particulière d’effectuer les mesures dans cette invention, la machine ne peut pas être adaptée pour effectuer d’autres types de mesures.
La publication russe N° 2 461 839 est similaire à la publication japonaise mentionnée ci-dessus en ce sens qu’elle comporte un plateau destiné à amener une pièce à contrôler en regard d’une lentille d’un système optique. Dans le cas présent, ce système optique est celui d’un microscope destiné à analyser la surface d’un échantillon.
Comme pour la machine décrite précédemment, cette machine ne peut pas être adaptée pour le contrôle industriel de plusieurs paramètres d’une même pièce.
La publication DE 10 2016 214307 décrit un support qui peut être utilisé avec une machine de contrôle conventionnelle. Ce support peut être placé sur le plateau de la machine de mesure. Il est formé d’un bras composé de plusieurs segments, chacun de ces segments étant articulé sur les segments adjacents.
Ce document ne décrit pas une machine de contrôle en tant que telle. Le support est destiné à présenter la pièce à mesurer à un capteur d’une machine de contrôle conventionnelle. Un tel support n’est toutefois pas adapté au contrôle industriel de pièces, la précision des mesures requises dans ce domaine ne pouvant pas être atteinte avec un tel dispositif.
Il serait souhaitable de disposer d’une machine susceptible de contrôler différents types de pièces, en particulier des pièces pour lesquelles un contrôle tridimensionnel est nécessaire. Une telle machine devrait être capable de contrôler différentes caractéristiques des pièces, idéalement sans devoir retirer la pièce de la machine de contrôle. La machine devrait être prévue pour minimiser l’encombrement ou optimiser le rapport entre le volume utile et le volume total. Le temps de cycle de contrôle devrait également être minimisé tout en réduisant les erreurs et les incertitudes de mesure.
DESCRIPTION DE L’INVENTION
La machine de contrôle selon la présente invention résout certains problèmes des machines de l’art antérieur en proposant une machine à mesurer tridimensionnelle multicapteurs, ayant un bon rapport volume total/volume utile et permettant de réaliser des mesures fiables et précises dans un temps relativement court.
Le but de l'invention est atteint par une machine telle que définie en préambule et caractérisée en ce que l’ensemble porte-pièce est mobile par rapport au bâti de la machine selon au moins quatre degrés de liberté, au moins deux desdits degrés de liberté étant définis par deux axes de rotation non colinéaires l’un à l’autre, cet ensemble porte-pièce étant mobile de façon à permettre de positionner au moins un point de ladite pièce mécanique à contrôler en regard de l’un desdits au moins deux capteurs, en ce que le nombre total de degrés de liberté de l’ensemble porte-pièce et du capteur en regard duquel la pièce à contrôler est positionnée est au moins égal à cinq, en ce que la machine de contrôle comporte en outre des moyens de mesure agencés pour déterminer la position de cet ensemble porte-pièce et en ce que au moins l’un desdits capteurs est supporté par un portique lié au bâti de la machine.
Le but de l’invention est également atteint par une méthode de contrôle de pièces mécaniques au moyen d’une machine comportant au moins un bâti, un ensemble porte-pièce sur lequel est disposée la pièce mécanique à contrôler et au moins deux capteurs, au moins l’un desdits capteurs étant supporté par un portique lié au bâti de la machine, ces capteurs étant agencés pour contrôler au moins une caractéristique de ladite pièce mécanique, ledit ensemble porte-pièce étant mobile par rapport au bâti de la machine selon au moins quatre degrés de liberté, au moins deux desdits degrés de liberté étant définis par deux axes de rotation non colinéaires l’un à l’autre et le nombre total de degrés de liberté de l’ensemble porte-pièce et du capteur en regard duquel la pièce à contrôler est positionnée étant au moins égal à cinq, cette méthode comportant les étapes suivantes : a) définition d’un ensemble de points de contrôle disposés sur la pièce mécanique à contrôler ;
b) choix d’un capteur adapté à la caractéristique à contrôler sur ladite pièce mécanique ;
c) positionnement de ladite pièce mécanique sur ledit ensemble porte-pièce de la machine de contrôle ;
d) déplacement de l’ensemble porte-pièce selon lesdits au moins quatre degrés de liberté de façon à positionner un point de contrôle en regard du capteur choisi; e) mesure au moyen dudit capteur choisi, de la caractéristique à contrôler du point de contrôle positionné en regard de ce capteur ;
f) mémorisation de la valeur des caractéristiques mesurées en lien avec une position du capteur lors de la mesure;
g) reprise des étapes d à f pour les différents points de contrôle ; et
h) traitement des mesures des caractéristiques en fonction dudit paramètre à contrôler.
La machine de l’invention permet un contrôle fiable et précis des pièces mécaniques. Cette machine permet en particulier d’effectuer des contrôles tridimensionnels de ces pièces tout en minimisant le volume total de la machine par rapport à la dimension de la pièce à contrôler ou au volume utile de la machine. Cette machine supprime les distorsions qui peuvent se produire en fonction de la vitesse de déplacement, de l’accélération et de la décélération subie par le palpeur ou le capteur.
De plus, la machine respecte, dans la plupart des cas, certains principes métrologiques permettant d'obtenir des mesures aussi précises que possible, ces principes métrologiques étant souvent difficiles à respecter en pratique et donc rarement respectés dans les machines conventionnelles.
Cette machine peut être adaptée pour mesurer ou contrôler différentes caractéristiques d’une pièce à contrôler. A cet effet, la machine peut être équipée de toute une gamme de capteurs, de détecteurs ou de palpeurs adaptés, ce qui évite de devoir transférer la pièce d’une machine à une autre en fonction de la caractéristique contrôlée sur cette pièce. Ceci permet également d’effectuer toutes les mesures en ayant la pièce dans un même posage, sans devoir recalibrer la machine. La précision et la fiabilité des mesures s’en trouvent donc améliorées. Ceci permet également de diminuer le temps de cycle puisque toutes les opérations liées au déplacement de la pièce, au repositionnement de cette pièce sur une deuxième machine et au calibrage de cette deuxième machine sont supprimés.
Cette machine peut en outre être utilisée dans un environnement tel qu’un laboratoire de métrologie, mais également dans un environnement industriel, notamment grâce à la gestion des vibrations et des variations de température qui peuvent se produire dans un tel environnement industriel. Un temps de cycle de mesure ou de contrôle court et la possibilité d’utiliser la machine dans un environnement industriel permet d’effectuer des contrôles pendant la fabrication d’une série de pièces. Ceci permet en particulier de détecter des dérives par rapport aux dimensions théoriques des pièces, ces dérives pouvant être dues à de mauvais réglages, une usure des outils ou toutes autres causes. La détection précoce des erreurs permet de corriger rapidement les machines d’usinage ou les programmes gérant ces machines afin de compenser les erreurs et les dérives éventuelles au cours de la fabrication de la série de pièces.
De par sa construction compacte, les distances entre les pièces à contrôler et les éléments structurels de la machine sont limitées, ce qui limite également les déformations géométriques de la machine et par conséquent les erreurs et les incertitudes de mesure. Ceci permet aussi d’assurer que les règles, les codeurs et de façon générale, les moyens de mesure agencés pour déterminer la position d’un composant mobile de la machine soient à proximité de la pièce mécanique contrôlée. Cette caractéristique également permet d’améliorer la fiabilité des mesures effectuées par cette machine.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention et ses avantages seront mieux compris en référence aux figures annexées et à la description détaillée de modes de réalisation particuliers, dans lesquelles : - la figure 1 illustre schématiquement un premier mode de réalisation d’une machine de contrôle selon la présente invention ;
- la figure 2 illustre schématiquement une machine de contrôle selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; et la figure 3 illustre un détail de la machine selon l’invention.
MODE DE REALISATION DE L’INVENTION
En référence aux figures, la machine de contrôle 10 de l’invention, comporte essentiellement une base fixe 1 1 solidaire d’un bâti 12 de la machine, un portique de mesure 13, un ensemble porte-pièce 14 supportant la ou les pièces dont certaines caractéristiques sont contrôlées et au moins deux capteurs 15 destinés à contrôler au moins une caractéristique de la pièce.
Contrairement à la majorité des MMT conventionnelles, dans la machine de l’invention, le portique 13 n’est pas mobile par rapport à la base fixe 1 1 ou au bâti 12, mais est immobile par rapport à cette base fixe 1 1 ou ce bâti 12. Cette caractéristique permet une construction particulièrement robuste et particulièrement rigide, ce qui permet d’augmenter la précision et la répétabilité des mesures.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 1 , l’ensemble porte-pièce 14 comporte notamment une table 16 coopérant avec des montants 17 du bâti 12 de la machine. Dans ce mode de réalisation, la table 16 est mobile longitudinalement par rapport à ces montants 17.
De façon générale, la base fixe 1 1 définit un plan horizontal. La table 16 est susceptible de se déplacer selon une direction linéaire généralement perpendiculaire au plan défini par la base fixe 1 1 et donc généralement verticale. La direction du déplacement de la table 16 peut se faire selon un axe vertical portant la référence z.
Selon un mode de réalisation avantageux de la machine de l’invention, le portique 13 est maintenu par les montants 17, ces montants étant disposés de façon sensiblement symétrique de part et d’autre de la base fixe 1 1 . Ces montants 17 comportent des rails 18 ou des coulisseaux agencés pour guider la table 16. Il existe de nombreux moyens permettant le guidage de la table 16 le long des rails 18. A titre d’exemple, la table peut comporter des patins coulissant le long des rails. D’autres types de guidage peuvent également être utilisés, comme par exemple un guidage sur coussins d’air. De par la construction de la machine, il est possible de guider la table 16 tout en assurant une grande stabilité de cette table, de façon à garantir que toutes les positions que peuvent atteindre la table soient parallèles entre elles. Cette stabilité peut par exemple être augmentée en utilisant des bras ou des éléments mécaniques de renfort ou de stabilisation. La mise en mouvement de la table 16 peut être réalisée au moyen d’un moteur (non représenté). Dans un mode de réalisation préféré, cette mise en mouvement est gérée par deux moteurs, disposés à proximité de chacun des montants 17. Ces moteurs peuvent avantageusement être des moteurs linéaires.
Il est possible d’utiliser des systèmes connus de compensation de masse, tels que notamment des systèmes à contrepoids, en vue de faciliter le déplacement de la table 16 et/ou de l’ensemble porte-pièce 14.
En plus de la table 16, l’ensemble porte-pièce 14 comporte un plateau à déplacement longitudinal 19, nommé également plateau longitudinal, et un plateau à déplacement transversal 20, nommé également plateau transversal. Le plateau à déplacement longitudinal 19 et le plateau à déplacement transversal 20 forment ensemble le plateau mobile 21.
Le plateau longitudinal 19 est monté sur au moins un guidage linéaire disposé de façon coplanaire à un plan de la table 16. Dans les figures, la direction de déplacement du plateau longitudinal 19, ou direction longitudinale, porte la référence y. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 1 , le plateau longitudinal 19 est disposé dans un logement 22 de la table 16, les bords du logement 22 coopérant avec les bords de la table pour assurer un guidage linéaire précis.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 2, le plateau à déplacement longitudinal 19 comporte deux longerons 23 coulissant dans deux gorges 24 correspondantes de la table 16. Il est clair que d’autres guidages peuvent également être utilisés.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 1 , le plateau à déplacement transversal 20 peut être déplacé selon un axe perpendiculaire à l’axe de déplacement linéaire y. Cet axe perpendiculaire ou axe transversal porte la référence x sur les figures 1 et 2. Le plateau transversal 20 est guidé dans le plateau à déplacement longitudinal 19 de la même manière que le plateau longitudinal 19 est guidée dans la table 16. Il est clair que d’autres modes de réalisation ou d’autres types de guidage pourraient être utilisés.
Les axes de déplacement linéaires x et y sont nommés ici axes linéaires de base. Ces axes linéaires de base sont de préférence orthogonaux l’un à l’autre.
La machine selon l’invention et plus précisément l’ensemble porte-pièce 14 comporte en outre un étrier 25 illustré de façon plus détaillée par la figure 3 et destiné à recevoir la pièce à contrôler. Cet étrier 25 peut être associé à un posage (non représenté) destiné à maintenir la pièce à contrôler dans une position appropriée et à empêcher le déplacement de cette pièce lors de son contrôle. L’étrier 25 est monté sur le plateau mobile 21 et plus précisément sur le plateau transversal 20. Il est clair que l’ordre du plateau longitudinal 19 et du plateau transversal 20 pourraient être inversés, de sorte que le plateau transversal pourrait être guidé par la table 16 et que l’étrier 25 pourrait être placé sur le plateau longitudinal 19.
Selon un mode de réalisation avantageux, l’étrier 25 comporte un support de pièce 26 pivotant autour d’un axe de rotation C, ce support de pièce étant monté dans une console 27. La console est de préférence symétrique et/ou équilibrée et comporte deux tenons 28 cylindriques alignés disposés chacun dans un palier 29. Ces tenons 28 et ces paliers 29 sont disposés de façon à permettre la rotation de la console 27 autour d’un axe de rotation A passant par les deux tenons.
Selon une variante avantageuse, le plateau mobile 21 peut comporter un évidement dans lequel peut se positionner l’étrier 25. Cet évidement permet de réduire la masse totale de l’ensemble porte-pièce 14. De plus, l’évidement permet de placer la pièce à contrôler aussi proche que possible du plateau mobile 21 ou de la table 16. Ceci permet d’augmenter la rigidité de la machine et ainsi, de minimiser les erreurs et les incertitudes de mesure. Le support de pièce 26 peut lui-même comporter un évidement permettant par exemple d’accéder aux deux faces de la pièce à contrôler.
Dans la pratique, l’un des axes de rotation A ou C peut être généralement parallèle ou confondu avec l’un des axes de déplacement linéaire de base x ou y du plateau mobile.
Selon une variante, il est possible de prévoir trois axes de rotation sur l’étrier, par exemple l’axe A parallèle à l’axe de déplacement linéaire x, un axe de rotation B parallèle à l’axe de déplacement linéaire y et l’axe de rotation C tel qu’illustré par la figure 3.
Les déplacements de la console 27 et du support de pièce 26 autour des axes de rotation A et C sont générés et contrôlés par des moteurs de précision (non représentés) permettant d’assurer une précision et une répétabilité aussi grande que possible du déplacement de la pièce à contrôler.
Les axes de rotation A et C de la console 27 et du support de pièce 26 sont également associés à des moyens de mesure de la position de cette console et du support de pièce. Ces moyens de mesure peuvent être des règles associées à des moyens optiques, électriques et/ou mécaniques ou des codeurs.
Les axes de rotation A et C définis ci-dessus matérialisent deux degrés de liberté en rotation du déplacement de la pièce à contrôler.
Comme on peut le voir sur les figures, la pièce à contrôler peut être déplacée notamment dans un plan de la table 16, selon les deux axes de déplacement linéaires de base, ces axes formant deux degrés de liberté. Ces déplacements peuvent être assurés par exemple par des guidages.
Chacun de ces déplacements est également associé à au moins un moteur (non représenté) qui peut par exemple être un moteur linéaire. Ces moteurs et les guidages correspondants permettent de positionner le plateau 21 de façon précise dans une zone de travail de la machine de contrôle.
Selon un mode de réalisation avantageux, le déplacement selon chacun des axes x ou y se fait le long de deux rails parallèles, au moyen d’un moteur linéaire aligné avec les rails et passant à proximité du centre de gravité du plateau mobile. Les guidages ou plus généralement les éléments mobiles de l’ensemble porte-pièce 14 sont également associés à des moyens de mesure permettant de déterminer la position des composants de l’ensemble porte-pièce. Ces moyens de mesure peuvent en particulier être des règles permettant de déterminer une position par des moyens optiques, électriques et/ou mécaniques ou des codeurs. La position des composants de l’ensemble porte-pièce peut également être déterminée par les commandes qui ont été transmises aux moteurs.
Comme indiqué précédemment, dans le mode de réalisation illustré par la figure 1 , la table 16 peut se déplacer selon un axe de déplacement linéaire non coplanaire aux axes de déplacement linéaires du plateau mobile ou axe vertical z. Au contraire, dans le mode de réalisation illustré par la figure 2, la table 16 n’est pas mobile dans le sens vertical. Le capteur 15 utilisé pour effectuer une mesure est mobile sur le portique de mesure 13 selon une direction orthogonale au plan de la table 16 ou selon l’axe z défini précédemment ou encore selon un axe vertical. Le guidage peut être réalisé de différentes façons, par exemple en utilisant les montants 17 comme support comme cela est représenté sur la figure 2 ou en appui au centre du portique 13.
Dans l’invention, au moins deux capteurs sont disponibles pour réaliser des mesures, ces capteurs pouvant être utilisés pour mesurer des caractéristiques identiques ou différentes sur la pièce à contrôler. Selon un mode de réalisation avantageux, le portique 13 supporte un barillet 30 comportant plusieurs capteurs 15, par exemple des capteurs susceptibles de mesurer ou de contrôler chacun une caractéristique différente de la pièce à contrôler. A titre d’exemple, le barillet 30 peut comporter un capteur 15 réalisé sous la forme d’un palpeur destiné à mesurer une caractéristique géométrique de forme, de dimension et/ou de position notamment, un capteur en lumière blanche destiné à contrôler un état de surface, une caméra destinée à déterminer un profil ou à effectuer un contrôle d’aspect, etc.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 1 , le barillet 30 est immobile pendant un cycle de contrôle ou de mesure. Ce barillet peut être rotatif, de façon à amener un capteur dans un emplacement souhaité, ce capteur étant adapté au contrôle d’au moins un paramètre déterminé d’un cycle de contrôle. Ce barillet 30 peut être déplacé en rotation et/ou en translation selon un axe vertical, pour autant qu’un cycle de contrôle ne soit pas en cours. Cette mobilité selon un axe vertical est uniquement utilisée pour faciliter par exemple le changement de capteur ou pour placer un capteur dans une position dans laquelle il ne gêne pas le capteur utilisé pour le cycle de mesure suivant.
Selon une variante particulière, le barillet 30 est totalement immobile selon un axe vertical et/ou un axe de rotation.
Dans la machine selon l’invention, le fait que le capteur 15 soit immobile selon la direction verticale permet de concevoir un barillet particulièrement stable et particulièrement robuste, ce qui minimise encore les erreurs et les incertitudes de la mesure.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 2, la table 16 n’est pas liée à des patins ou un guidage, mais aux montants 17 ou au bâti 12 de la machine. Elle est donc fixe par rapport à ce bâti 12.
Dans ce cas, le capteur 15 est mobile en translation selon un axe vertical ou axe z pendant un cycle de contrôle. Pour permettre ce déplacement vertical, le capteur 15 est solidaire d’une colonne ou d’une traverse 31 mobile verticalement entraînée par au moins un moteur tel que par exemple un moteur linéaire. La position de la colonne ou de la traverse 31 doit pouvoir être déterminée avec précision, par exemple au moyen d’une règle ou d’un codeur ou en traitant les signaux de commande envoyés au moteur de la colonne.
Comme cela peut être compris à la lumière de la description et des dessins, la pièce à contrôler, maintenue sur l’ensemble porte-pièce 14, peut être déplacée en différentes positions. Ce déplacement peut se faire par la présence de différents axes de déplacement qui peuvent être soit linéaires, soit rotatifs et qui définissent différents degrés de liberté. Les axes de déplacement linéaires et de rotation peuvent être matérialisés par différents composants variant d’un mode de réalisation à un autre. Il est cependant important que la pièce à contrôler soit mobile selon au moins quatre degrés de liberté, dont au moins deux en rotation.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 1 , les trois axes de déplacement linéaires x, y et z définissent trois degrés de liberté. Les deux axes de rotation A et C de l’ensemble porte-pièce définissent deux degrés de liberté de sorte que cet ensemble porte-pièce 14 bénéficie de cinq degrés de liberté.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 2, l’ensemble porte-pièce comporte quatre degrés de liberté, deux en rotation et deux en translation. Le capteur 15 comporte un degré de liberté. Selon d’autres réalisations non illustrées, il est possible de remplacer la table 16 par exemple par un bras robot bénéficiant de cinq, voire de six degrés de liberté ou par tout support équivalent, suffisamment rigide pour assurer la précision de mesure requise. En pratique, le nombre total de degrés de liberté entre l’ensemble porte-pièce et le capteur doit être au minimum de cinq, le nombre de degrés de liberté du capteur est au maximum de un et le nombre de degrés de liberté par des axes de rotation est au minimum de deux.
Dans de telles configurations, la pièce à contrôler peut être positionnée en regard du capteur dans des positions permettant d’effectuer des mesures dans le prolongement du capteur. Ces configurations permettent donc de réaliser des mesures dans des conditions optimales.
La machine selon l’invention peut être utilisée pour contrôler différentes caractéristiques de pièces mécaniques sur différents types de pièces. Une caractéristique couramment contrôlée sur ce type de machines est la dimension et plus précisément l’adéquation entre les dimensions réelles de la pièce contrôlée et la combinaison de la dimension souhaitée et des tolérances pour cette pièce.
En premier lieu, lorsque des dimensions d’une pièce doivent être contrôlées, la pièce mécanique est placée sur un posage adapté de façon à pouvoir empêcher cette pièce mécanique de se déplacer par rapport au posage. Le posage est fixé sur l’ensemble porte-pièce 14 et plus précisément sur le support de pièce 26 de l’étrier 25.
Lorsqu’une caractéristique d’un point de contrôle doit être mesurée, le capteur 15 permettant de mesurer cette caractéristique déterminée est choisi et positionné dans le barillet 30 de façon à être opérationnel.
Le point à contrôler ou point de contrôle concerné est positionné en regard du capteur 15, de préférence de telle façon que le plan tangent au point de contrôle soit perpendiculaire à l’axe de mesure du capteur ou axe vertical z. Un tel positionnement est possible du fait que l’ensemble porte-pièce est susceptible de se déplacer selon au moins quatre degrés de liberté dont au moins deux sont liés à des axes de rotation.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 1 , le positionnement du point de contrôle en regard de l’axe du capteur se fait en utilisant en combinaison, les guidages linéaires de base x et y permettant de positionner le plateau mobile 21 , le guidage linéaire vertical permettant de positionner la table 16 et les moteurs pour le positionnement de la console 27 et du support de pièce 26.
Si la mesure est réalisée par détection d’un contact entre la pièce mécanique et le capteur, la pièce mécanique est déplacée préférentiellement selon un axe vertical z en déplaçant la table 16 le long des montants 17 jusqu’à ce qu’un contact soit détecté, mais également selon les axes x et y. La console 27 et le support de pièce 26 sont également déplacés autour de leur axe de rotation A et C respectif, de telle façon que le point de contrôle soit en regard du capteur, un plan tangent à ce point de contrôle étant sensiblement horizontal.
Lorsqu’un contact entre la pièce à contrôler et le capteur est détecté, la position linéaire de la table selon l’axe z est déterminée, de même que les positions linéaires du plateau mobile 21 selon les axes x et y. Les positions angulaires selon les axes de rotation A et C de la console 27 et du support de pièce 26 sont également déterminées par les moyens de mesure de la position de l’ensemble porte-pièce. La combinaison de ces différentes positions permet de déterminer les coordonnées du point de contrôle. L’axe vertical z est également nommé « axe de mesure du capteur » du fait que le capteur effectue les mesures selon cet axe z.
De façon conventionnelle, les coordonnées d’un ensemble de points de contrôle sont déterminées en répétant les opérations décrites ci-dessus, jusqu’à ce que tous les points de contrôle souhaités aient été mesurés. Les cordonnées de cet ensemble de point sont ensuite traitées de façon à fournir à l’utilisateur, les informations recherchées. Ces informations peuvent être de différentes natures. Dans de nombreux cas, les informations seront une appréciation de la conformité de la pièce contrôlée, à savoir une réponse à la question suivante : est-ce que les dimensions et la géométrie de la pièce telle que mesurée est conforme à la pièce théorique, dans les tolérances de fabrication définies pour cette pièce. Les coordonnées mesurées et traitées sont comparées à des valeurs théoriques de la pièce à contrôler, puis il est déterminé si les coordonnées mesurées correspondent à ces valeurs théoriques, en tenant compte des tolérances autorisées pour cette pièce ou pour les différents points de la pièce.
Le traitement mathématique des coordonnées de l’ensemble de points contrôlés est conventionnel et n’est pas décrit plus en détail ici.
La caractéristique contrôlée sur la pièce mécanique peut également être un état de surface. A cet effet, un capteur adéquat est utilisé comme par exemple un capteur en lumière blanche ou un laser. Dans le cas d’utilisation d’ondes lumineuses, il est d’autant plus important que la tangente à la pièce à contrôler au niveau du point de contrôle soit sensiblement perpendiculaire à l’axe vertical. Ceci peut être réalisé comme indiqué précédemment, à savoir en ajustant les déplacements linéaires de la table 16 et du plateau mobile 21 et les déplacements rotatifs du support de pièce 26 et de la console 27.
Il est à noter que l’invention permet de contrôler ou de mesurer plusieurs caractéristiques d’une même pièce mécanique sans devoir transférer la pièce d’une machine à une autre. Généralement, chaque caractéristique est contrôlée au moyen d’un capteur différent. Les différents capteurs peuvent être montés sur un barillet ou un autre support similaire de façon à pouvoir être disponibles lorsqu’une caractéristique correspondante est contrôlée. Ces capteurs sont donc interchangeables, en ce sens que le capteur utilisé pour mesurer ou contrôler une certaine caractéristique de la pièce mécanique peut être remplacé par un autre capteur lorsqu’une autre caractéristique de la pièce mécanique doit être contrôlée.
Dans la méthode de l’invention, il est possible de mesurer des valeurs correspondant à une caractéristique déterminée au moyen d’un capteur adéquat, puis de traiter les mesures avant de passer au contrôle d’une autre caractéristique de la pièce mécanique. Chaque ensemble de valeurs mesurées, correspondant à un paramètre déterminé de la pièce mécanique à contrôler fait l’objet d’un traitement spécifique. Il est également possible de prendre des mesures avec plusieurs capteurs correspondant à différentes caractéristiques à contrôler, avant de traiter ces différentes mesures. Dans ce cas, les mesures sont traitées dans une même étape de traitement, même si les valeurs mesurées correspondent à des caractéristiques différentes de la pièce mécanique à contrôler. Il est en outre possible de combiner ces différentes manières de faire, à savoir traiter par exemple un ensemble de mesures correspondant à un seul paramètre à contrôler, avant de traiter un ensemble de mesures correspondant à plusieurs paramètres à contrôler.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 2, la pièce est positionnée de façon similaire au positionnement expliqué en référence à la figure 1 . Toutefois, le déplacement vertical ou selon l’axe z n’est pas effectué par la table 16, mais par le capteur 15.
Les mesures sont réalisées de la même manière, que ce soit la table 16 qui se déplace selon l’axe vertical ou le capteur 15.
Ce type de machine de contrôle est particulièrement intéressant pour plusieurs raisons. L’une d’elles est le fait que le capteur effectue les mesures dans l’axe de son déplacement. Ceci répond totalement au principe d’Abbé qui dit que : « Si l'on veut éviter les erreurs de parallaxe, le système de mesure doit être aligné avec la ligne dans laquelle le déplacement (donnant la longueur) doit être mesuré sur la pièce à traiter. » Cet axe de déplacement est nommé axe de mesure du capteur.
Dans la majorité des machines de mesure ou de contrôle, ce principe d’Abbé n'est pas respecté, ce qui implique une plus grande imprécision dans les mesures.
Un autre point intéressant est le fait que la machine de contrôle selon l’invention est particulièrement compacte. En effet, le capteur qui effectue une mesure est soit immobile, soit mobile selon une seule direction ou selon un seul axe et n’a pas besoin de se déplacer autour de la pièce à contrôler. Ceci implique que le volume requis pour atteindre les différents endroits où la pièce doit être contrôlée peut être relativement limité par rapport à la dimension de la pièce à contrôler.
Cette caractéristique présente un avantage en ce sens que la machine de contrôle peut être placée dans un endroit dans lequel la place disponible peut être restreinte, typiquement un atelier de production.
Le déplacement du capteur selon l’axe vertical ou axe z peut également avantageusement être mis à profit pour permettre un changement facilité du capteur, ce capteur étant adapté au type de pièce à contrôler, au contrôle à effectuer et à certaines exigences ou spécificité du contrôle.
En ce qui concerne le capteur, il est possible de prévoir un capteur fixe au moins pendant un cycle de mesures, lié au portique de mesure. Le caractère fixe de ce capteur implique qu’il ne subit aucune accélération/décélération et donc aucune des erreurs de mesure ou des incertitudes qui peuvent être liées au déplacement du capteur pendant un cycle de mesure.
Le capteur peut être mobile selon l’axe vertical, cette mobilité étant utilisée uniquement pour faciliter le changement de capteur, en vue d’adapter ce capteur à la mesure ou au contrôle à effectuer.
Un avantage de la machine selon l’invention est le fait que les codeurs ou plus généralement les moyens permettant de déterminer la position des composants de l’ensemble porte-pièce sont disposés à proximité de la pièce. Ceci permet d’éviter les couples parasites et augmente la précision et la répétabilité des mesures.
La machine selon l’invention permet donc un contrôle fiable et efficace de différents paramètres d’une pièce mécanique, tout en étant compacte. Ce caractère compact permet égalent de diminuer les variations de longueur structurelles dues à des variations de température.
Cette machine permet l’utilisation de différents capteurs capables de mesurer différentes caractéristiques des pièces mécaniques à contrôler, ce qui permet de réaliser un contrôle complet d’une pièce sans devoir ni utiliser plusieurs machines de contrôle, ni déplacer la pièce à contrôler sur plusieurs posages.
La machine de l’invention est illustrée sous une forme dans laquelle la pièce à contrôler est disposée sur un plateau mobile dans un plan. Il est clair que d’autres formes de réalisation pourraient être utilisées pour autant que ces formes de réalisation permettent de présenter la pièce à contrôler en regard du capteur, pour effectuer les contrôles requis.

Claims

Revendications
1 . Machine de contrôle de pièces mécaniques, cette machine comportant au moins un bâti (12), un ensemble porte-pièce (14) sur lequel est disposée la pièce mécanique à contrôler et au moins deux capteurs (15) agencés pour contrôler au moins une caractéristique de ladite pièce mécanique, cette machine étant caractérisée en ce que l’ensemble porte-pièce (14) est mobile par rapport au bâti (12) de la machine selon au moins quatre degrés de liberté, au moins deux desdits degrés de liberté étant définis par deux axes de rotation (A, C) non colinéaires l’un à l’autre, cet ensemble porte-pièce (14) étant mobile de façon à permettre de positionner au moins un point de ladite pièce mécanique à contrôler en regard de l’un desdits au moins deux capteurs (15), en ce que le nombre total de degrés de liberté de l’ensemble porte-pièce (14) et du capteur (15) en regard duquel la pièce à contrôler est positionnée est au moins égal à cinq, en ce que la machine de contrôle (10) comporte en outre des moyens de mesure agencés pour déterminer la position de cet ensemble porte-pièce (14) et en ce que au moins l’un desdits capteurs est supporté par un portique (13) lié au bâti (12) de la machine.
2. Machine de contrôle selon la revendication 1 , caractérisée en ce que lesdits au moins deux capteurs sont disposées sur un barillet (30) supporté par ledit portique (13).
3. Machine de contrôle selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le capteur (15) utilisé pour contrôler une pièce est fixe pendant un cycle de mesure.
4. Machine de contrôle selon la revendication 1 , caractérisée en ce que l’ensemble porte-pièce (14) est mobile selon au moins cinq degrés de liberté.
5. Machine de contrôle selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le capteur (15) utilisé pour contrôler une pièce est mobile en translation selon un axe linéaire pendant un cycle de mesure.
6. Machine de contrôle selon la revendication 1 , caractérisée en ce que l’ensemble porte-pièce (14) comporte un plateau (21 ) mobile selon au moins deux axes linéaires de base (x, y) définissant deux degrés de liberté et selon au moins deux axes de rotation (A, C) définissant deux autres degrés de liberté.
7. Machine de contrôle selon la revendication 6, caractérisée en ce que les deux axes linéaires de base (x, y) sont orthogonaux entre eux et/ou en ce que les deux axes de rotation (A, C) sont orthogonaux entre eux.
8. Machine de contrôle selon la revendication 6, caractérisée en ce que le plateau (21 ) est mobile selon un troisième axe de déplacement linéaire (z) orthogonal aux deux axes de déplacement linéaires de base (x, y).
9. Machine de contrôle selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les capteurs (15) sont interchangeables.
10. Méthode de contrôle de pièces mécaniques au moyen d’une machine comportant au moins un bâti (12), un ensemble porte-pièce (14) sur lequel est disposée la pièce mécanique à contrôler et au moins deux capteurs (15), au moins l’un desdits capteurs étant supporté par un portique (13) lié au bâti (12) de la machine, ces capteurs étant agencés pour contrôler au moins une caractéristique de ladite pièce mécanique, ledit ensemble porte-pièce (14) étant mobile par rapport au bâti (12) de la machine selon au moins quatre degrés de liberté, au moins deux desdits degrés de liberté étant définis par deux axes de rotation (A, C) non colinéaires l’un à l’autre et le nombre total de degrés de liberté de l’ensemble porte-pièce (14) et du capteur (15) en regard duquel la pièce à contrôler est positionnée étant au moins égal à cinq, cette méthode comportant les étapes suivantes :
a) définition d’un ensemble de points de contrôle disposés sur la pièce mécanique à contrôler ;
b) choix d’un capteur (15) adapté à la caractéristique à contrôler sur ladite pièce mécanique ;
c) positionnement de ladite pièce mécanique sur ledit ensemble porte-pièce (14) de la machine de contrôle ;
d) déplacement de l’ensemble porte-pièce (14) selon lesdits au moins quatre degrés de liberté de façon à positionner un point de contrôle en regard du capteur choisi (15);
e) mesure au moyen dudit capteur (15) choisi, de la caractéristique à contrôler du point de contrôle positionné en regard de ce capteur ;
f) mémorisation de la valeur des caractéristiques mesurées en lien avec une position du capteur lors de la mesure; g) reprise des étapes d à f pour les différents points de contrôle ; et
h) traitement des mesures des caractéristiques en fonction dudit paramètre à contrôler.
1 1 . Méthode de contrôle selon la revendication 10, caractérisée en ce que l’on positionne la pièce mécanique à contrôler de façon à ce qu’un axe de mesure (z) du capteur (15) choisi pour contrôler une caractéristique sur ladite pièce mécanique soit normal à un plan tangent au point de contrôle.
12. Méthode de contrôle selon la revendication 10, caractérisée en ce que le capteur (15) choisi est immobile pendant un cycle de contrôle d’une caractéristique de la pièce à contrôler.
13. Méthode de contrôle selon la revendication 1 1 , caractérisée en ce que le capteur (15) choisi est mobile selon un seul axe de déplacement linéaire pendant un cycle de contrôle d’une caractéristique de la pièce à contrôler, cet axe de déplacement linéaire étant confondu avec l’axe de mesure du capteur (15).
14. Méthode de contrôle selon la revendication 10, caractérisée en ce que l’on mémorise au moins la position du capteur (15) choisi et la position de l’ensemble porte- pièce (14) par rapport à chaque degré de liberté.
15. Méthode de contrôle selon la revendication 10, caractérisée en ce que l’on utilise plusieurs capteurs pour contrôler plusieurs paramètres de la pièce à contrôler.
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