FR2518739A1 - Dispositif de mesure tridimensionnelle - Google Patents

Abstract

MESURE TRIDIMENSIONNELLE. LE DISPOSITIF COMPREND : UNE VOIE 3 DE GUIDAGE LE LONG D'UN AXE X D'UN CHARIOT MOBILE 6 ASSOCIE A UN CAPTEUR 7 DE MESURE; UNE COULISSE 17 PORTEE PAR LE CHARIOT 6 SUR UN AXE DE DEPLACEMENT Y ET ASSOCIE A UN CAPTEUR DE MESURE 26; UN PALPEUR 29 A DETECTION DE CONTACT PORTE PAR LA GLISSIERE; DES MOYENS 44 D'ENTRAINEMENT EN ROTATION AUTOUR D'UN AXE Z D'UNE FORME F TRIDIMENSIONNELLE, CES MOYENS ETANT ASSOCIES A UN CAPTEUR DE MESURE 54. APPLICATION AU RELEVEMENT DE L'ENVELOPPE D'UNE MAQUETTE.

Description

La présente invention est relative un dispositif de mesure particulièrement conçu pour permettre le relèvement de formes tridimensionnelles aléatoires.

Dans de nombreux domaines, il est nécessaire de pouvoir mesurer et déterminer la forme exacte en trois dimensions d'un corps qui n'est pas de révolution ou de structure géométrique regu- lière, mais qui présente, au contraire, des surfaces ou un volume gauche ou aléatoire.

Ceci est particulièrement le cas poùr certaines professions telles que les moulistes, les maquettistes, les formiers, les patroniers, les modélistes, les sculpteurs, pour lesquels il est souvent necessaire de déterminer une trajectoire d'outil, de calculer un volume, de déterminer une courbe théorique ou pratique, voire de transposer les informations connues d'un système de trois dimensions un système à deux dimensions lorsque, par exemple, il s'agit de connaître la forme en plan développée (approximation) de l'enveloppe d'un corps de forme tridimensionnelle aléatoire.

La technique connue n'offre, à ce jour et la connaissance du Demandeur, aucun moyen d'effectuer rapidement, et de façon pratique, le relèvement manuel ou automatique des diférents points définissant l'enveloppe d'une forme tridimensionnelle non régulière et d'utiliser les informations recueillies, quant aux caractéristi- ques de relèvement de chaque point dans les trois dimensions retenues, pour alimenter un appareil calculateur susceptible, en fonction du programme qui lui est proposé, de fournir des informations directement utiles et réutilisables pour régler le problème posé par l'utilisation, la transformation, I'exécution ou la modification de la forme tridimensionnelle explorée.

L'objet de l'invention est de combler la lacune- existant et d'offrir un dispositif de mesure tridimensionnelle, particulière- ment fiable, pouvant hêtre mis aisement en oeuvre dans tous les domaines d'application où un tel problème se pose.

Un autre objet de l'invention est de fournir un materiel relativement simple, offrant une grande souplesse d'utilisation, tant automatique que manuelle.

Un autre objet de l'invention est de proposer une solution technique permettant d'envisager des réalisations d'encombrement different, selon les applications envisagées, sans apporter de modification fondamentale aux moyens techniques de l'invention.

Pour:atteindre le but ci-dessus, le dispositif de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend
- un bâti définissant une voie de guidage et de
support comprenant des moyens d'entraînement en
déplacement linéaire, alternatif contrôle le
long de l'axe défini par la voie, d'un chariot
mobile associé à un capteur de mesure de son deplacement,
- une coulisse portee par le chariot mobile selon
un axe de deplacement lineaire orthogonal à
l'axe de la voie, ladite coulisse étant associe
à des moyens d'entraînement en déplacement rec
tiligne alternatif contrôlé et à un capteur de
mesure de son déplacement,
- un palpeur à détection de contact porté par la
glissière,
- des moyens d'entraînement en rotation contrôlée,
autour d'un axe parallele à celui de la voie et
orthogonal à celui de la glissière, d'un sup
port d'un corps de forme tridimensionnelle alea-
toire devant être explore par le palpeur, ces
moyens étant associes à un capteur de mesure du
déplacement angulaire du support,
- et des moyens démission de signaux exploitables
attaches auxdits capteurs ainsi qu'au palpeur.

Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexes qui montrent, titre d'exemples non limitatifs des formes de réalisation de l'objet de l'invention.

La fig. 1 est une vue schématiquedel'un des éléments constitutifs de l'objet de l'invention.

La fig. 2 est une vue de dessus, en partie arrachée, illustrant un exemple de réalisation de ltélement constitutif selon la fig. 1.

La fig. 3 est une coupe-elevation montrant, à plus grande échelle, l'un des organes constitutifs de l'element selon la fig.

2.

La fig. 4 est une vue schématique illustrant un exemple de mise en oeuvre de l'objet de l'invention.

Les fig. 1 et -2 montrent que le dispositif, selon l'in- vention, comprend tout d'abord un appareil 1 de relèvement de la position spatiale, de points appartenant å une forme tridimensionnelle F, telle que celle représentée en traits mixtes à la fig. 2.

Une telle forme se caracterise par une enveloppe, fermee ou ouverte, de conformation géométrique irrégulière, plus particulièrement gauche ou aléatoire.

L'appareil 1 comprend un bâti 2, définissant une voie de support et de guidage 3 s'entendant horizontalement dans l'exemple illustré. La voie 3 est porte par une structure 4 s'élevant partir d'une embase horizontale d'appui 5 avec laquelle, au moins en partie, elle constitue le bâti 2. La voie 3 est destinée å assurer le guidage et le support d'un chariot mobile 6 qui est associé un capteur 7 de mesure de son deplacement. La voie 3 peut être constituée, par exemple, par deux guides 8 portes parallèlement -l'un à l'autre par la structure 4. Les guides 8 coopèrent avec des bagues ou des douilles à faible coefficient de frottement, portés par le chariot 6 et non représentés au dessin.Les guides 8 peuvent être réalisés en toute matière convenable et comporter, former ou être associés à des butees extrêmes limitant le deplacement possible du chariot 6,
La voie 3 définit ainsi pour-le chariot 6 un axe de déplacement linéaire X le long duquel les déplacements du chariot 6 peuvent être appréciés par le capteur 7. A titre d'exemple, le capteur 7 est constitué par un potentiomètre linéaire à variation de résistance comprenant, un curseur ou frotteur porté par une tige 9 du chariot et susceptible d'être déplacé en regard d'une résistance portée par une règle 10 immobilisée=sur la structure 4. Le capteur 7 est associé à un émetteur 7a d'un signal électrique tel qu'une tension continue variant en relation avec le déplacement du chariot 6 à partir d'une position de référence donnée.

La voie 3 est associée rades moyens d'entraînement en déplacement rectiligne alternatif du chariot 6. Ces moyens, dési gnês dans leur ensemble par la référence 11, comprennent un moteur par exemple pas à pas 12 porté par la structure 4 et destiné à comr mander le défilement d'un organe d'entraînement sans fin 13, tel qu'une courroie crantée enroulée autour d'une roue de renvoi 14. L'or gane sans fin 13 est fixé au chariot 6 qui est ainsi sollicite directement en déplacement dans l'un ou l'autre sens de la flèche fl, selon le sens de rotation imposé au-moteur 12.

La fig. 1 montre que la voie 3 peut être protégée et recouverte, de même que ses différents organes constitutifs, par un capotage 15, ménageant une fenêtre 1Sa de passage du support de liaison, non représenté au dessin, entre le chariot 6 et les guides 8.

Le chariot 6 porte une coulisse 17 comprenant des paliers 18 et une colonne 19. L'axe de déplacement Y de la colonne 19 est or orthogonal'à l'axe X et occupe, par conséquent, dans l'exemple de réalisation illustré, une direction verticale. La coulisse 17 est associée à des moyens d'entraînement en déplacement alternatif- de la colonne 19.

Ces moyens, désignés dans leur ensemble par la référence 20, comprennent un moteur électrique, par exemple pas à pas 21, porté par le chariot 6 et relié, par son arbre de sortie, à une vis sans fin22 montée par des paliers 23 sur ledit chariot. La vis sans fin 22 coopère avec un écrou 24, ou analogue, porté par un bras 25 s'é- tendant à partir de la colonne 19. La vis sans fin 22 s'étend parallelement à la colonne 19.

La coulisse 17 est associée à un capteur 26 de mesure de son déplacement linéaire alternatif dans l'un ou l'autre sens de la flèche f2 > selon le sens de rotation'imposé au moteur pas à pas 21.

Le capteur 26 est, par exemple, du type potentiomètre linéaire et comprend une tige 27 solidaire de la colonne 19 parallèlement à laquelle elle s'étend. La tige 27 porte un frotteur, ou analogue, chargé de coopérer avec une résistance portée par une règle 28 fixée sur le chariot 6. Le capteur 26 est associé à un émetteur 26a d'un signal électrique, tel qu'une tension continue variant en relation avec le déplacement, dans un sens ou dans l'autre, de la colonne 19, par rapport au chariot 6.

Un capotage 16 peut âtre associé au chariot 6 afin de protéger l'ensemble des éléments qu'il supporte.

La colonne 19 porte, à son extrémité inférieure, dirigée face à l'embase 5 du bâti 2, un palpeur 29 à détection de contact.

Le palpeur 29 est constitué, comme cela ressort de la fig. 3, par un corps de support 30, par exemple en acier, de forme générale cylindrique, susceptible d'être adapté, par un manchon de raccordement 31, à la base de la colonne 19. Le corps cylindrique 30 est creux et comprend, intérieurement, un noyau axial 32, supportant, dans sa partie terminale extreme, un détecteur 33 du type à contact ou à proximité, tel qu'un détecteur à induction. Un tel détecteur 3 est relié, par des conducteurs 34, à un circuit, non représenté, de prise en compte de l'information électrique qu'il délivre.

Le corps cylindrique creux 30 contient, également, intérieurement, un embout 34, libre axialement, formant, à partir d'une collerette de butée 35, un nez 36 traversant le fond 37 du corps 30. Le nez 36 est réservé au montagne amovible d'une aiguille ou d'un doigt de palpage 38 comportant, dans tous les cas, une partie terminale 39 acuminée.

Selon une forme de réalisation possible, la collerette 35 est maintenue par gravité en appui contre la face interne du fond 37 du corps 30. Dans cette position, la collerette 35 est éloignée axialement du détecteur 33. Dans une autre forme de réalisation, l'embout 34 est maintenu dans la position ci-dessus par l'intermédiaire d'un organe de rappel elastique 40.

Afin d'établir un guidage axial de l'embout 34 et le maintien de la partie terminale acuminée 39 dans l'axe exact de la colonne 19, il est avantageusement prévu de faire comporter à l'embout 34 un fourreau cylindrique tubulaire 41 s'élevant à partir de la face interne de la collerette 35 pour coopérer, dans le cas présent, avec le noyau 32 de type cylindrique. Ainsi, tout déplacement alternatif de l'embout 34 est guidé axialement par la coopération du fourreau 41 et du noyau 42.

Une variante de réalisation pourrait consister à faire comporter, à la collerette 35, un prolongement cylindrique en forme de jupe destiné à coopérer avec la paroi cylindrique interne du corps de support 30.

Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le noyau 32 portant le détecteur 33 constitue une pièce indépendante du corps de support 30. Dans cet exemple illustré par la fig. 3, le noyau 32 est formé,à partir d'une rondelle 42, dont la périphérie porte un filetage destiné à coopérer avec un taraudage complémentaire offert par le col 43 du corps 30. Dans un tel exemple de réalisation, le manchon 31 prolonge la rondelle 42 à 11 opposé et dans l'axe du noyau cylindrique 32. Une telle disposition est avantageuse pour la realisation et le montage des éléments constitutifs du palpeur et permet, en outre, de régler, de façon précise, la distance b séparant la collerette 35 du détecteur 33 dans la position stable de repos de l'embout coulissant 34.

Le bâti 2 supporte, par ailleurs, des moyens 44 d'entraînement en rotation contrôlée selon la flèche f3 de la forme F autour d'un axe Z parallele à l'axe X et orthogonal à l'axe Y. Dans le cas présent, l'axe Z est donc horizontal et parallèle à l'embase 5 du bati 2. Les moyens 44 comprennent un moteur, type électrique, par exemple pas à pas, qui est porté par une platine 46 fixée sur le bâti 2 pour s'élever, par exemple, à partir de l'embase 5.Le moteur 45 est associé, par l'intermédiaire d'un train démultiplicateur 47, à un axe de rotation 48 qui est porté, à la fois par la platine 46 et par une contrep latin e 49 solidaire de cette der nière. L'axe 48, qui détermine la position de l'axe de rotation Z, supporte un plateau 50 comportant des moyens 51 pour le montage d'au moins un adapteur 52 amovible et réglable. L'adaptateur est prévu pour assurer le maintien, éventuellement en porte-à-faux de la forme F, de manière qu'un axe fictif de cette dernière coincide avec l'axe de rotation Z. Dans certains cas, il peut être prévu de faire comporter au bâti 2 une contrepointe réglable 53 permettant d'assurer le support de la forme F en deux points.

Les moyens 44 sont associés à un capteur 54 de mesure du déplacement angulaire imposé au support 50. Le capteur 54 est, par exemple, du type absolu ou incrémental et comporte une partie fixe 55 adaptée sur la platine 46 et avec laquelle coopère un frotteur 56, porté par la partie terminale de l'axe 48, opposée à celle supportant le plateau 50. La partie fixe 55 est associée à un émetteur 55a d'un signal électrique représentatif. de l'amplitude angulaire de déplacement du plateau 50 à partir d'une position de référence.

En considérant la position illustrée par la fig. 2, l'appareil de relèvement décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante.

Le palpeur 29 est en contact par son aiguille 38 avec un point P appartenant à la forme F et pouvant être défini spatialement comme correspondant à l'état d'arrêt, d'une part du chariot 6 sur l'axe X, d'autre part de la colonne 19 sur l'axe Y et, par ailleurs, du plateau 50.

A supposer que ce point P fasse partie d'une tranche T de relevés coïncidant avec l'axe Y et correspondant à une section transversale de la forme F, l'utilisateur commande alors le moteur 21 dans le sens pour lequel la-colonne 19 est relevée pour dégager le doigt 38 de l'enveloppe d'encombrement global de la forme F.

L'utilisateur commande ensuite le moteur 12 pour déplacer le chariot, par exemple vers la droite du dessin de manière à définir pour l'axe Y une nouvelle tranche d'exploration, par exemple celle désignée par la référence T1 et matérialisée en traits mixtes.

Le moteur 21 est ensuite commandé pour provoquer le déplacement descendant de la colonne 19, de manière à amener la partie terminale acuminée 39 en contact avec le point P1 offert par la partie périphérique correspondante de la tranche T1 se présentant à l'aplomb de l'axe Y. Lorsque le contact est établi entre la partie locale de l'enveloppe de la forme F et la partie terminale acuminée 39, le déplacement descendant de la colonne 19 a pour effet de provoquer le déplacement relatif entre le corps 30 et l'embout coulis sant 34 du palpeur 29. La collerette 35 est ainsi progressivement rapprochée du détecteur 33 jusqu'au moment où le contact direct ou de proximité produit l'émission du signal électrique correspondant.

Un tel signal permet de connaître la situation du point PT sur l'axe
Y et de compléter par cette définition les caractéristiques spa- tiales qui sont fournies en considération des axes X, Y, Z par les émetteurs 7a, 26a, 55a.

A la suite de ce relèvement, l'utilisateur commande la rotation du plateau 50 sur une plage angulaire déterminée, de manière à faire défiler, par rapport à l'axe k, une autre partie de l'enve- loupe exterieure de a forme F, correspondant à la tranche T1.

Une opération similaireà celle décrite précédemment permet alors due déterminer le relèvement. d'un second point, tel-que le point P'1.

Lorsque ie relevé du nombre de points choisi coyrespon- dant à l'enveloppe périphérique de la tranche T1, a été effectué,l'utilisateur commande le dépiacement du chariot 103 en vue de re nouveler les operations décrites ci-dessus au niveau 11 enveloppe périphérique d'une tranche T2.

En procedant ainsi, par tranches successives, il devient possible d'explorer l'ensemble de l'enveloppe de la forme tridimensionnelle F en acquérant les caractéristiques de relèvement spatial d'un nombre élevé de points correspondant à la définition de cette enveloppe.

Ainsi que cela a été mentionné précédemment, les différents éléments mobiles sont associé-s chacun à un capteur de mesure du déplacement par rapport à une position de référence. Chaque capteur est agencé, de manière à émettre un signal représentatif de la position de l'élément mobile auquel il est associé et, notamment de la valeur de déplacement par rapport à la valeur de référence.

Selon une disposition de l'invention, l'ensemble des informations ou signaux émis par les capteurs 7, 26, 55, ainsi que 33, sont pris en compte par un ensemble 57 de conversion et de mémorisation, faisant partie d'une chaîne de commande automatique comprenant, notamment, un ensemble de commande programmée 58 asservissant l'alimentation des moteurs 12, 21 et 45. Les ensembles 57 et 58 peuvent être, avantageusement, associés à une machine 59 cal- culatrice, prenant en compte les informations délivrées par l'en- semble de conversion et de mémorisation pour les comparer avec les informations de consigne de l'ensemble 58 de programmation, afin de commander le déroulement automatique du programme de relèvement établi en fonction de la formé F.La machine calculatrice 58 peut être associée à tout appareil d'exploitation des informations globales relevées, notamment à une imprimante, à une table traçante, ou encore à un module de conversion des informations de relevement en trois dimensions en informations ramenées à deux dimensions.

Ainsi que cela ressort de ce qui précède, les moyens -de l'invention permettent d'établir le relèvement des caractéris
tiques spatiales de n points de l'enveloppe d'une forme tridimen
sionnelle aléatoire, en vue de la reproduction éventuelle d'une
telle forme à l'identique, de la commande de la trajectoire d'un
outil d'usinage, de la détermination et du calcul d'un volume, de
la détermination d'une courbe théorique ou d'une courbe ou d'un volume réel ou d'un calcul de surface, etc
L'objet de l'invention met en oeuvre des moyens tech
niques particulièrement simples, fiables et permettant d'envisager
une utilisation du dispositif, soit manuelle, avec information de
chacune des différentes étapes de travail, par l'intermédiaire des
capteurs, soit automatique, à partir d'un programme séquentiel de
commande établi en fonction de la forme dont le relèvement doit
être opéré.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de mesure tridimensionnelle, caractérisé en ce qu'il comprend un appareil (1) de relèvement de la position spatiale de points appartenant à une forme trimensionnelle aléatoire possedant :

- un bâti (2) définissant une voie (3) de guidage

et de support comprenant des moyens (12-13)

d'entraînement en déplacement linéaire, alter

natif contrôlé le long de l'axe (X) défini par

la voie d'un chariot mobile (6) associé à un

capteur (7) de mesure de son déplacement,

- une coulisse (17) portée par le chariot mobile

selon un axe de déplacement linéaire (Y) ortho

gonal à l'axe de la voie, ladite coulisse

étant associée à des moyens (21-22-25) d'entrai

nement en déplacement rectiligne alternatif

contrôlé et à un capteur (26) de mesure de son

déplacement, t - un palpeur (29) à détection de contact porte par

la glissière,

- des moyens (44) d'entraînement en rotation con

trôlée, autour d'un axe (Z) parallèle à celui

de la voie et orthogonal à celui de la glis

siere, d'un support (50) d'un corps de forme

(F) tridimensionnelle aléatoire devant être

exploré par le palpeurs ces moyens étant asso

ciés à un capteur (54) de mesure du déplacement

angulaire du support,

- et des moyens (7a-26a, 55a-33) d'emission de

signaux exploitables attachés auxdits capteurs

ainsi qu'au palpeur.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un appareil de relèvement possédant un bâti (2) supportant au moins un guide (8) portant et guidant le chariot mobile (6) qui est relié à un organe d'entraînement sans fin (13) actionné par un moteur (12).

3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un-- appareil de relèvement (1) possédant un bâti (2) définissant une voie de guidage (3) pour le chariot mobile (6) qui porte une coulisse (17) associee à-un mécanisme d'entraînement du type à écrou (24) et vis sans fin (22) portée par ledit chariot et entraînée en rotation contrôlée par un moteur (21).

4 - Dispositif selon l'une des revendication 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un appareil de relèvement (1) possédant un bâti (2) supportant une voie de guidage (3) d'un chariot (6) supportant lui-meme une coulisse (17), le capteur de mesure (26) associé au chariot et à la coulisse étant du type potentiomètre linéaire.

5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un appareil de relèvement (1) possédant un bâti (2) portant des moyens d'entraînement (44) en rotation eontrôlée constitué par un moteur (45) porté par le bâti et entraînant, par un démultiplicateur (47), un support tournant (50) associé à un adaptateur (52) de fixation d'un corps de forme (F) tridimensionnelle aléatoire, ledit support étant associé à un capteur de mesure (54).

6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un appareil de relèvement (1) possédant un bâti (2) supportant une voie de guidage horizontale (3) pour un chariot mobile (6) définissant une coulisse verticale (17) disposée à l'aplomb de l'axe de rotation.

7 - Dispositif selon la revendication 1, 3, 4 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend un appareil de relèvement (1) possédant un bâti (2) supportant une voie de guidage (3) pour un chariot mobile (6) portant une coulisse (17) dont la partie terminale inférieure est munie d'un palpeur amovible (29) comprenant un corps (30) adaptable en bout de la coulisse, comportant intérieurement un détecteur de contact (33) chargé de coopérer avec un embout coulissant (34) porté et guidé dans le corps et formant extérieurement à ce dernier, un nez (36) de montage d'un doigt de palpage (38).

8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le détecteur de contact (33) est réglable le long de l'axe (Y) de coulissement de l'embout coulissant.

9 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'embout coulissant (34) est associé à un ressort de rappel (40) le sollicitant toujours vers sa position de butée en éloignement du détecteur.

délivrées par la machine calculatrice.

- et des moyens d'exploitation des informations

mande programmé,

signaux et d'activation de l'ensemble de com

- une machine calculatrice (59) de traitement des

tion des signaux émis par les capteurs de l'ap pareil

- un ensemble (57) de conversion et de mémorisa

vement,

limentation des'moteurs de l'appareil de relè

- un ensemble (58) de commande programmee de l'a-

forme (F) tridimensionnelle aléatoire,

spatiale de points (P) appartenant à un corps de

- un appareil (1) de relèvement de la position

10-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend