FR2548350A1 - Dispositif d'inspection d'une piece avec une sonde - Google Patents

Abstract

UNE SONDE A CONTACT DESTINEE A ETRE UTILISEE DANS DES CENTRES DE TOURNAGE COMPREND UNE QUEUE CYLINDRIQUE 32 QUI PERMET SON MONTAGE DE LA MEME MANIERE QUE LES OUTILS ET FOURNIT EN PLUS UN COMPARTIMENT 74 POUR BATTERIES 80, 82 D'ALIMENTATION D'UN CIRCUIT DE TRANSMISSION PAR INFRAROUGE SERVANT A TRANSMETTRE SANS FIL UNE INFORMATION SUR LA PIECE INSPECTEE POUR LA RENVOYER AU CONTROLEUR DE LA MACHINE. APPLICATION AUX MACHINES-OUTILS.

Description

1. La présente invention concerne des systèmes d'inspection de pièces et,

plus particulièrement,l'utilisation de sondes dans des machines-outils automatiques destinées à venir en contact avec la pièce et fournir des informations la concernant. Les systèmes de machines-outils automatiques nécessitent un moyen précis de positionnement de la surface des pièces L'une des méthodes les plus courantes consiste à faire déplacer par la machine une sonde pour l'amener 10 en contact avec la pièce et à enregistrer sa position lorsque le contact se produit Des sondes de ce type sont appelées sondes à contact Elles comportent généralement un style destiné à venir en contact avec la pièce et un circuit qui produit un signal électrique lorsque le style 15 est en contact avec la pièce Le contrôleur de machine peut calculer une information sur la forme ou l'emplacement de la pièce dans un système de coordonnées à trois axes, X, Y et Z lorsque le contact du style produit le

signal électrique.

L'un des problèmes rencontrés lors de

l'utilisation de l'un de ces types de systèmes de soudage réside dans la méthode avec laquelle le signal indiquant le contact dû à la sonde est renvoy 4 au contrôleur.

Il est souvent incommode de se fier au Qâblage classque 5 pour acheminer le signal car les fils peuvent gêner les

opérations normales d'usinage.

La littérature sur les brevets décrit plusieurs systèmes de sonde qui sont destinés à être utilisés dans un centre d'usinage automatique o les sondes sont tempo10 rairement stockées dans un magasin d'outils, puis branchées et enlevées de la broche par un mécanisme de changement automatique d'outil Des exemples représentatifs de brevets décrivant ces sondes comprennent les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 4 339 714 {au nom de Ellis); 15 n 4 118 871 (aunomde Kirkham) et la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n" 259 257 ayant pour titre: "Apparatus For Detecting The Position Of A Probe Relative

To A Workpiece" déposée le 30 avril 1981 (au nom de Juengel).

La solution de Kirkham présente l'inconvénient que ses signaux haute fréquence sont susceptibles d'interférence électromagnétique et doivent être utilisés avec des distances de transmission relativement courtes entre la sonde et un récepteur Parmi les problèmes soulevés par le système de sonde du brevet Ellis, il y a le soin extrême 25 qui doit être apporté à l'alignement de la sonde et d'un détecteur de construction spéciale monté sur la tête de la broche de manière que le couplage réactif obtenu fonctionne correctement La solution avec transmission d'infrarouges, décrite dans le brevet Juengel, est de loin la plus inté30 ressante Cependant, elle nécessite que la sonde, dans la

plupart des cas, contienne sa propre source d'alimentation.

On a proposé d'utiliser des sondes dans des centres de tournage tels que les tours, ainsi que dans des centres d'usinage Les centres de tournage sont différents 35 des centres d'usinage ou de fraisage en ce sens que la 3. pièce tourne à la place de l'outil Dans la plupart des centres de tournage, les porte-outils sont montés en des endroits espacés les uns des autres autour d'une tourelle qui fonctionne de manière à faire avancer sélectivement l'un des outils vers la pièce pour que l'usinage soit effectué En général, les outils permettant d'exécuter-des opérations concernant les cotes extérieures de la pièce sont montés dans des encoches pratiquées dans la tourelle alors que les outils usinant les cotes intérieures, par exemple dans l'alésage des barres, sont maintenus dans un

adaptateur monté sur la tourelle.

Les sondes par contact utilisées dans les centres de tournage soulèvent un ensemble de problèmes quelque peu différents de ceux que l'on rencontre dans les centres 15 d'usinage, bien que le procédé de transmission du signal de la sonde pour le renvoyer au contrôleur reste une préoccupation commune L'un des problèmes n'appartenant qu'aux centres de tournage est que les sondes restent fixées à la tourelle même lorsqu'on n'en a plus besoin, contrairement au cas des centres d'usinage o les sondes ne sont insérées dans la broche que lôrsqu'on en a besoin Par conséquent, il n'est pas possible de se fier sur l'opération d'insertion de la sonde pour actionner le circuit électronique qu'elle comporte. Une technique de sonde à contact de l'art antérieur pour les centres de tournage utilise des modules de transmission par induction pour transmettre le signal de la sonde, par l'intermédiaire de la tourelle, au contrôleur On verra à ce sujet, par exemple, la littérature concernant le sys30 tème de sonde dit LP 2 de la société dite Renischaw Electrical Limited Malheureusement, cette technique nécessite une modification importante de la tourelle pour permettre l'utilisation du système Par conséquent, l'utilisation de cette solution n'est pas facile dans les machines existantes 35 car elle nécessite des frais et un certain temps d'arrêt

pour l'exécution de l'opération d'adaptation.

4. Egalement lié à la présente invention, bien que moins directement, est l'art antérieur concernant la transmission sans fil de données de mesure de dimension, comme cela est décrit, par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 3 670 243, n 4 130 941 et

n 4 328 623.

La présente invention a pour objet une construction de sonde qui est particulièrement adaptée aux centres de tournage En particulier, la sonde est conçue pour être 10 utilisée à la place des outils, par exemple servant à l'alésage de barres et analogues, qu'on utilise pour l'exé cution de travaux sur les cotes intérieures de pièces dans de tels centres de tournage Une extrémité de la sonde comprend un style destiné à venir en contact avec la pièce, alors que l'autre extrémité du carter de la sonde a la forme d'une partie cylindrique allongée Cette partie cylindrique a la même forme que les outils de sorte que la sonde peut être montée dans la t Ourelle de la même manière

que les outils.

Dans le mode de réalisation préféré, le milieu du carter de la sonde a la forme d'un cône et fournit une surface d'aboutement perpendiculaire qui est contiguë à l'extrémité cylindrique La surface d'aboutement peut être utilisée comme butée pour positionner rapidement par la machine le 25 style de lasonde à un emplacement connu La partie extrême cylindrique est creuse et destinée à contenir des batteries d'alimentation du circuit à l'intérieur du carter de la sonde La sonde emploie avantageusement au moins un dispositif optique pour transmettre des signaux optiques associés '

l'état opérationnel de la sonde ainsi qu'au contact du style avec un objet De préférence, le dispositif optique est monté sur la surface en rente du carter de la sonde et son fonctionnement a pour effet de transmettre un rayonnement infrarouge à une tête réceptrice couplée au contrôleur de 35 la machine.

5. On peut ainsi utiliser facilement la sonde sans apporter aucune modification aux centres de tournage existants La sonde contient la source d'énergie et la circuit de transmission de l'information concernant le contact du style avec la pièce ou autre objet à détecter La forme du carter de la sonde permet de disposer d'une latitude importante dans la position de montage de la tête réceptrice, tout en minimisant le nombre des dispositifs optiques de

transmission requis.

La présente invention sera bien comprise lors de

la description suivante faite en liaison avec les dessins

ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue d'un environnement représentant un système de sondage selon les techniques de la pré15 sente invention lorsqu'elles sont utilisées dans une machine-outil automatique; 6. La figure 2 est une vue en perspective d'un système de sondage utilisant la technique de déclenchement par un éclair selon un mode de réalisation de la présente invention; La figure 3 est une vue en perspective de l'utilisation d'un système de sondage avec la technique de déclenchement par contact selon une variante du mode de réalisation de l'invention; La figure 4 représente une vue en coupe;prise le long de la ligne 4-4 de la figure 2, d'une construction de sonde selon un mode de réalisation de la présente invention; La figure 5 est une vue en coupe prise le long de la ligne 5-5 de la figure 4; La figure 6 est une vue en perspective éclatée de la sonde représentée en figure 4; La figure 7 est une vue en perspective d'une tête émettrice d'éclair/réceptrice employée dans un mode de réalisation de la présente invention; La figure 8 est une vue en coupe prise le long de la ligne 8-8 de la figure 7; La figure 9 est une vue en plan de dessus d'une plaquette à circuits utilisée dans la tête de la figure 7; La figure 10 est un schéma de circuit utilisé 25 dans la tête émettrice d'éclair/réceptrice; La figure 11 est un schéma de circuit utilisé dans la sonde d'un mode de réalisation de la présente invention employant la technique de déclenchement d'éclair; et La figure 12 est un schéma de circuit'utilisé dans 30 une sonde employant la technique de déclenchement par contact. La figure 1 représente, sous forme simplifiée, un système de machine de machine-outil typique utilisant les divers aspects des caractéristiques de la présente inven35 tion Un centre de tournage à commande numérique 10 est représenté avec un contrôleur 12 pour la commande automatique des opérations de tournage sur une pièoe 14 selon des instructions programmées Le centre de tournage 10 comprend typiquement un mandrin tournant 16 avec des mâchoires 18 permettant de maintenir la pièce 14 Montée sur une tourelle 20, une pluralité d'outils 22 24 execute des opérations concernant les cotes intérieures de la pièce 14 Typiquement, les outils de ce type comportant une queue allongée qui est maintenue en place dans la tourel1 JJ le 20 au moyen d'adaptateurs 26 28 Selon la présente invention, une sonde d'inspection de pièce 30 est montée

sur la tourelle 20 de la même manière que les outils 22 24.

Dans ce mode de réalisation, la sonde 30 est montée sur

la tourelle 20 au moyen d'un adaptateur 32 identique aux 15 adaptateurs 26 28.

Comme cela est connu dans l'art, le contrôleur 12, entre autres fonctions, provoque la rotation de la tourelle 20 et amène l'outil désiré dans la position de travail appropriée, puis déplace la tourelle 20 jusqu'à ce que l'ou20 til vienne en contact avec la pièce et exécute son opération d'usinage La sonde 30,d'autre part, est utilisée pour inspecter la pièce 14 Dans cet exemple spécifique, la sonde 30 est connue dans l'industrie sous le nom de sonde à contact, en ce sens qu'elle produit un signal de 25 sortie lorsque son style vient en contact avec une surface de la pièce ou autre objet Des dispositifs de résolution, des dispositifs de numéralisation ou analogues appropriés servent à fournir des signaux au contrôleur 12 indiquant la position de la sonde 30 Par conséquent, lorsque le 30 signal provenant de la sonde 30 indique qu'il y a contact avec la pièce, le contrôleur 12 peut tirer des informations utiles sur les dimensions de la pièce, sur sa position à l'intérieur du mandrin etc.

La sonde 30 contient sa propre source d'énergie 35 pour alimenter son circuit de transmission de signal.

8. Malheureusement, la source d'énergie, en l'occurrence des batteries, a une durée de vie limitée Ainsi,il y a un réel besoin pour un moyen permettant de prolonger le plus possible la durée de vie des batteries Cela est particu5 lièrement vrai pour les sondes de petite taille qui sont utilisées dans les centres de tournage Les sondes de petites dimensions ne peuvent utiliser que des batteries de faible taille, et par conséquent il est très important de

oouvoir préserver l'énergie.

Dans l'un de ses aspects la présente invention prévoit une communication optique bidirectionnelle entre la sonde 30 et une tête émettrice d'éclair/réceptrice 40 La tête 40 est connectée au contrôleur 12 par l'intermédiaire d'une interface 42 Lorsque le contrôleur 12 détermine qu'il y a lieu d'utiliser la sonde 30 pour une opération de sondage, il produit un signal sur une ligne 44 reliée à l'interface 42, laquelle génère à son tour un signal de commande sur une ligne 46 pour que la tête 40 transmette un signal optique donné à la sonde 30 Dans le mode de réalisation préféré, ce signal optique est un éclair à-haute densité de rayonnement infrarouge Cet éclair est détecté par un capteur approprié 48 monté dans la sonde 30 (voir figure 2) L'éclair provoque le couplage par le détecteur des batteries au circuit de transmission de la sonde De préférence, la sonde 30 répond à l'éclair en transmettant le rayonnement IR à une fréquence donnée pour le renvoyer a la tête 40,via des diodes électroluminescentes 50 54 Ce rayonnement infrarouge est reçu par la tête 40 qui à son tour fournit un signal au contrô 181 eur 12 via l'interface 42, 30 indiquant que la sonde 30 fonctionne correctement et est

prête à exécuter son opération d'inspection.

Le contrôleur 12 provoque alors l'avancement de la tourelle 20 jusqu'à ce que le style 56 de la sonde 30 vienne en contact avec la pièce 14 La sonde 30 répond à 35 ce contact du style en créant un décalage de la fréquence 9. du rayonnement IR transmis par les diodes 50-54 Le décalage de fréquence est détecté par l'interface 42 et communiqué au contrôleur 12 L'opération d'inspection de la pièce se poursuit, le cas échéant, avec la sonde 30 transmet5 tant le rayonnement IR décalé en fréquence à la tête 40

chaque fois que le style réalise le contact.

Le sonde 30 comprend un moyen de minuterie qui déconnecte les batteries du circuit de transmission après un laps de temps prédéterminé Ce laps de temps commence lorsque la tension de batteries est initialement appliquée au circuit et recommence chaque fois que le style vient en contact avec la pièce Ainsi, à l'issue de l'opération de sondage, le laps de temps se termine et les batteries sont déconnectées du circuit de transmission Par conséquent, les 15 batteries ne sont utilisées que pendant les périodes d'utilisation escomptée de la sonde Chaque fois que la sonde n'est pas en service, les batteries ne sont pas utilisées,ce qui

permet de prolonger leur durée de vie.

La figure 3 représente un autre mode de réalisa20 tion permettant de prolonger la durée de vie des batteries.

Dans cet exemple, les batteries sont d'abord branchées au circuit de transmission de la sonde par mise en contact du style 56 avec une surface de référence connue 60 La surface peut être n'importe quel point fixe de la madchine 10 dont 2 ' l'emplacement est connu du contrôleur 12 Le contact de la sonde avec la surface 60 a pour effet de coupler les batteries au circuit de transmission de la sonde et de démarrer la transmission par les diodes électroluminescentes 50-54 à la tête 40 ' La tête 40 ' est identique à la tête 40 décrite pré30 cédemment sauf toutefois qu'elle ne nécessite aucun moyen de formation d'éclair, de même que la sonde 30 ' ne nécessite aucun photodétecteur 48 Par ailleurs, les deux réalisations fonctionnent d'une manière sensiblement identique Après initialisation, la sonde est amenée en position pour inspec35 ter la pièce 14, avec la sonde 30 ' transmettant à la tête 10. ' des signaux décalés en fréquence chaque fois que le contact est réalise par le style Apres un laps de temps prédéterminé après le dernier contact réalisé par le style,les batteries sont déconnectées du circuit de transmission de la sonde. Les figures 4-6 représentent avec davantage de détails la construction de la sonde 30 Le carter de la sonde est caractérisé par une partie médiane 70 ayant la forme générale d'un cane et une queue 72 en saillie vers l'arrière,ou 10 partie cylindrique ayant un diamètre en coupe réduit Dans ce mode de réalisaticn spécifique, la partie cylindrique 72 est creuse, mesurant environ 10 cm de long, avec un diamètre

extérieur d'environ 3,5 cm.

Les cotes extérieures de la partie cylindrique 72 15 sont choisies de manière à correspondre généralement aux dimensions du corps ou de la queue des outils 22-24 Par conséquent, on peut monter la sonde 30 à la place de l'un des outils dans la tourelle 20 et la maintenir dans l'adaptateur 32 de la même manière Comme représenté plus claire20 ment en figure 4, cela peut être exécuté en faisant coulisser la partie cylindrique 72 dans la partie creuse 74 de l'adaptateur 32 jusqu'à ce que la paroi arrière 76 de la partie 70 du carter bute contre la face avant 78 de l'adaptateur 32 Ce mode opératoire permet ainsi de placer la pointe 25 du style 56 à une distance connue de la tourelle 20 Par conséquent, le contrôleur 12 peut se fier à la position du style 56 pendant l'opération d'inspection de la sonde Naturellement, on peut utiliser d'autres moyens classiques pour positionner la pointe 56 du style à la distance appropriée Par" 30 exemple, certains systèmes de machines-outils utilisent une vis de pression (non représentée) ou un autre moyen dans

la partie arrière de la partie creuse 74 pour ajuster la position du style.

La partie cylindrique 72 permet de disposer avantageusement d'un compartiment pour batteries et d'un élément 11. de montage facile à utiliser La forme cylindrique allongée de la partie 72 permet d'utiliser pour l'alimentation du circuit de transmission de la sonde les batteries "cylindriques" employées dans les lampes torches typiques De préféren5 ce, on emploie deux batteries au lithium 80, 82 La possibilité d'utiliser des batteries cylindriques au lieu des petites batteries, comme les boutons ou les disques a pour résultat que la sonde a une longue durée de -vie de marche

à faible coat.

Les batteries 80, 82 sont glissées à l'intérieur de la partie 72 Un couvercle 84 soumis à l'action d'un ressort est alors vissé sur l'extrémité de la partie 72, le ressort 86 sollicitant la borne positive 88 contre une plaquette à circuits 90 La surface intérieure de la plaquet15 te 90 comprend une couche circulaire conductrice 92 La plaquette 90 est fixée à l'intérieur d'une cavité 94 pratiquée dans la surface intérieure de la paroi 76 au moyen de vis 96 Un fil isolé 98 réalise la liaison électrique avec la couche conductrice 92 grâce à des trous traversants 20 revêtus qui sont pratiqués dans la plaquette 90 L'extrémi-, té opposée du fil 98 est connectée à une plaquette à circuits

contenant le circuit de la sonde Une description du

schéma électrique du circuit sera faite ultérieurement.

La plaquette à circuits 100 a généralement une forme cylin25 drique, contenant des composants électriques qui sont montés sur ses deux côtés La plaquette 100 est montée à l'intérieur de la partie médiane 70 au moyen d'attaches appropriées 102 passant par un canon 104 La plaquette 100 comprend également une ouverture centrale 106 que traver30 sent divers fils pour faciliter la connexion à certains

endroits appropriés de cette plaquette.

Le photodétecteur 48 et son sous-ensemble associé sont montés dans la surface extérieure inclinée 110 de la partie médiane 70 du carter Le photodétecteur 48,

dans cet exemple particulier, est une diode dite PIN telle que le composant N O DP 104 de la société dite Telefunken.

12. Le photodétecteur 48 se monte dans un alésage et est maintenu en place par un couvercle 112 comportant une fenêtre Interposés entre le couvercle 112 et le photodétecteur 48 se trouvent un matériau plastique transpa5 rent 114, un filtre aux infrarouges 116 et un joint torique 118 tous en forme de couche De$ attaches appropriées fixent tous ces composants dans un sous-ensemble monté à l'intérieur de l'alésage Les fils du photodêtecteur 48

traversent l'ouverture 106 et sont reliés à des points ap10 propriés de la plaquette 100.

Les diodes électroluminescentes 50-54 sont mon tées en un endroit contigu au photodétecteur 48 Elles sont conçues de manière à émettre des signaux optiques dans la bande du rayonnement infrarouge, c'est-à-dire une lumié15 re qui n'est pas normalement visible pour l'oeil humain Les diodes 50-54 peuvent être, par exemple, le composant N O 0 P 290 de la société dite TRW, Inc On notera à ce stade que l'agencement des diodes 50- 54 et du photodétecteur 48 sur la surface inclinée de la sonde présente plusieurs avantages importants Par exemple, en montant les diodes 5054 sur la surface inclinée 110 de la sonde, le rayonnement infrarouge ainsi émis est dirigé à l'avant de la tourelle suivant un angle qui permet une capture facile du rayonnement aux divers emplacements de la tête 40 La 25 construction de la sonde permet à l'utilisateur de la faire tourner jusqu'à une position o les diodes 50 54

et le photodétecteur 48 sont dirigés vers la tête 40.

Ainsi, il n'est pas nécessaire de monter la tête 40 à un endroit spatial absolu par rapport à la sonde 30, confé 30 rant au système une grande souplesse pour son emploi dans différents systèmes de machines-outils Une communication optique fiable entre la sonde 30 et la tête 40 est par conséquent obtenue, tout en ayant une minimisation du nombre des dispositifs électroluminescents montés à 35 l'intérieur de la sonde En maintenant le nombre des 13. dispositifs électroluminescents à une valeur minimum,

la consommation d'énergie des batteries est rendue aussi faible que possible, ce qui en prolonge la durée de vie.

Au pourtour de la partie médiane 70, la paroi 76 est fixée aux portions arrière de cette partie au moyen d'attaches appropriées 122 Des joints toriques, tels que

le joint 124, sont avantageusement utilisés pour rendre étanche l'intérieur de la sonde 30 vis-à-vis des conditions quelque peu hostiles que la sonde peut rencontrer 10 pendant son utilisation dans un système de machine-outil.

Un nez angulaire 130 comprend un élément fileté mâle 132 qui est vissé sur les filets formés dans un alésage 134 de la face avant de la partie médiane 70 Un joint torique 136 est là encore utilisé à des fins d'étan15 chéité Le nez 130 peut avoir des longueurs différentes de manière à modifier la position de la pointe 56 du style, le cas écéhant Grace au vissage sur la partie médiane 70

du carter, on peut utiliser divers nez et les interchanger pour répondre à des applications différentes.

Un ensemble de commutation 140 est fixé de manière amovible au nez 130 L'ensemble 140 comprend une partie extrême circulaire 142 munie d'une rainure comprenant un joint torique 144 qui est monté suivant un ajustage serré dans le canal intérieur 146 du nez 130 Une ou plusieurs 25 vis de pression 148 s'étendant perpendiculairement au nez pour fixer en place l'ensemble 140 L'ensemble de commutation 140 peut se présenter sous divers types permettant d'ouvrir ou de fermer un ou plusieurs contacts électriques qu'il renferme lorsque le style 56 quitte sa position de30 repos L'homme de l'art connaît diverses constructions de ce

type satisfaisant cet objet général Une construction appropriée de commutateur est décrite en détail dans la demande de brevet des EtatsUnis d'Amérique n 388 187 déposée le 14 juin 1982 Ce brevet est supposé ici connu.

En bref, cette construction emploie une plaque oscillante 14. comportant trois contacts par bille situés à égale distance les uns des autres La plaque est sollicitée par un ressort de façon que les billes soient normalement appuyées contre trois éléments rapportés correspondants conduc5 teurs de l'électricitê Les trois paires bille-élément rapporté servent de commutateur (désignés ci-après par commutateurs Sl-53) et sont reliés en série La plaque oscillante est connectée au style 56 Chaque fois que le

style 56 se déplace, la plaque bascule et éloigne une bille l de son élément rapporté correspondant, ce qui a pour effet de rompre la liaison électrique.

Les trois commutateurs montés dans l'enserble 140 sont connectés au circuit de la plaquette 100 au moyen d'un câble 150 L'autre extrémité du câble 150 comprend un con15 necteur coaxial miniature 152, ou autre connecteur approprié, qui s'accouple avec un connecteur monté sur l'extrémité de l'ensemble 140 L'homme de l'art remarquera que ces types d'ensembles de commutation sont très sensibles et qu'on peut être amené à les remplacer La construction de la présente invention permet d'effectuer rapidement et facilement un tel remplacement. Diverses formes et tailles de styles peuvent être utilisées en liaison avec la sonde 30 Par exemple, au lieu du style rectiligne 56 représenté dans les figures, on peut 25 employer un style dans lequel la pointe est décalée par rapport à l'axe longitudinal principal de la sonde 30 Les

divers styles sont interchangeables dans l'ensemble de commutation 140 et peuvent y être fixes par des moyens d'assujettissement appropriés, par exemple par des vis de pres30 sion.

Les détails mécaniques de la tête émettrice d'éclair/ réceptrice 40 sont représentés plus clairement en figures 7 à 9 La tête 40 utilise un conteneur 160 généralement rectangulaire qui comporte une ouverture 162 dans sa face 35 avant 164 Une ou plusieurs plaquettes à circuits 166 sont 15. montées à l'intérieur du conteneur 160 La plaquette 166 comprend divers composants électriques qui exécutent des

fonctions qui seront décrites ultérieurement en détail.

Deux des composants les plus importants sont représentés dans ces figures Il s'agit d'un tube-éclair au xénon 168 et d'un photodétecteur 170 Comme mentionné précédemment, la fonction du tube 168 est de produire une impulsion de lumière de haute intensité, de courte durée, destinée à amorcer le fonctionnement de la sonde Le xénon a la préférence 10 car il produit une lumière riche en rayonnement infrarouge Dans le mode de réalisation préféré, le tube-éclair 168 est le tube-éclair au xénon dit BUB 0641 de la société dite Siemens Il peut produire un éclair ou impulsion de lumière d'une durée d'environ 50 microsecondes avec une intensi15 té de 100 watt/seconde D'autres types de sources lumineuses

appropriées peuvent naturellement être utilisés.

Bien que cela ne soit pas absolument nécessaire, la lumière visible produite par le tube-éclair 168 est de préférence éliminée de manière à ne pas attirer l'attention de l'opérateur ou d'autres personnes de l'atelier o la machine-outil 10 est utilisée A cette fin, un filtre infrarouge 172 recouvre l'ouverture 162 Le filtre 172 sert à stopper

la lumière visible mais laisse passer le rayonnement infrarouge produit par le tube 168.

2 La fonction du photodétecteur 170 est, d'autre part, de détecter le rayonnement infrarouge transmis par la sonde 30 Dans ce mode de réalisation, le photodétecteur est une diode dite PIN et fonctionne de la même manière que le photodétecteur 48 de la sonde 30 Une lentille-. 30 convexe 174 est avantageusement utilisée dans l'ouverture 162 pour concentrer le rayonnement IR provenant de la sonde 30 sur le photodétecteur 170 qui est situé au foyer de cette lentille Sur la tête 40 est montée une plaque faciale transparente 176 La plaque 176 recouvre l'ouverture 35 162 et est fixée de manière appropriée à la face 164 par 16.

l'intermédiaire d'un joint 178.

La figure 10 représente le circuit utilisé dans la tête émettrice d'éclair/réceptrice 40 du mode de réalisation préféré de l'invention Comme mentionné précédem5 ment, la tête 40 est couplée à l'interface 42 par une ou

plusieurs lignes représentées par la référence 46.

Un signal en courant alternatif de 26 volts

est appliqué au primaire d'un transformateur-élévateur T 1. L'énergie du transformateur T 1 est stockée dans des conden10 sateurs C 8

et C 9 qui sont à leur tour couplés aux électrodes positive et négative du tube-éclair au xénon 168 Dans ce mode de réalisation,les condensateurs C 8 et C 9 présentent

une tension d'environ 250-300 volts en courant continu lorsqu'ils sont complètement charges.

Pour provoquer un éclair par le tube 168, le contrôleur 12, via l'interface 42, produit un signal de niveau approprié sur les lignes appelées "commande" pour amener une diode électroluminescente 171 à être conductrice et à émettre de la lumière La diode 171 fait partie d'un ensem20 ble d'isolement optique, contenant un redresseur au silicium commandé 173 Le redresseur 173 est connecté en série avec le primaire d'un transformateur T 2 et avec un condensateur C 10 Le condensateur C 10, comme les condensateurs C 8 et C 9, est chargé par la mise sous tension du transformateur T 1. 25 Lorsque la diode électroluminescente 171 est activée,la diode 173 est conductrice et provoque la décharge du condensateur C 10 dans le primaire du transformateur T 2 Cette charge est portée à environ 4000 volts par le transformateur T 2 dont le secondaire est connecté à l'électrode de déclen30 chement 175 du tube-éclair 168 L'électrode 175 forme un couplage capacitif avec le tube 178 et la haute tension est suffisante pour ioniser le gaz à l'intérieur du tube Le gaz ionisé est suffisamment conducteur pour permettre à l'énergie des condensateurs C 8 et C 9 de se décharger dans les élec35 trodes positive et négative et créer un éclair de très haute 17. intensité et de courte durée Apres la production de l'éclair par le tube 168, les condensateurs commencent à

se recharger jusqu'au moment o un autre signal de commande d'amorce d'éclair est fourni par l'interface 42.

La sonde 30 répond à l'éclair en transmettant le signal IR qui est capté par le photodétecteur 170 de la tête 40 Le photodétecteur 170 est couplé à un circuit bouchon accordé, constitué d'un inducteur variable L 1 et d'un condensateur C 2 A titre d'exemple spécifique, la sonde 30 produira un rayonnement IR pulsé à une fréquence d'environ 150 kilohertz jusqu'à ce que le style de la sonde vienne en contact avec un objet, instant auquel la fréquence passera à environ 138 kilohertz Le circuit bouchon monté dans la tête 40 est accordé approximativement à 15 la moyenne de ces deux fréquences, de sorte que le circuit de la tête peut détecter l'une ou l'autre de ces fréquences de la sonde mais filtrera des fréquences étrangères se trouvant à l'extérieur d'une plage sélectionnée ou largeur de bande. Le reste du circuit de la figure 10 est utilisé pour amplifier le signal détecté, transmis à partir de la sonde 30 qui est couplée par la ligne de "sortie" à l'interface 42 En bref, le circuit d'amplification de la tête emploie un transistor à effet de champ Q 1 dont la haute impédance d'entrée est appariée à celle du circuit accordé de manière à éviter des problèmes de charge Le transistor Q 2 en coopération avec le transistor Q 1 amplifie le signal reçu et l'applique à un émetteur-suiyeur employant un transistor Q 3 Le signal amplifié est couplé à l'inter30 face 42 par la ligne de sortie par l'intermédiaire d'un

condensateur C 6 et d'une résistance R 7 d'un filtre en courant continu couplés à l'émetteur du transistor Q 3.

L'interface 42 comporte un circuit qui procède à la détection de ces fréquences du signal de la sonde et 35 produit des sorties qui sont appliquées au contrôleur 12 18. en réponse Un premier signal est produit pour indiquer que la sonde fonctionne correctement et un second signal lorsque le style de la sonde est en contact avec un objet Un circuit approprié permettant la détection du dé5 calage de fréquence est décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'amérique N O 414 734, déposée le 3 septembre 1982 et ayant pour titre: "Machine System Using Infrared Telemetering" On supposera ici que cette demande est connue En bref, un tel circuit emploie un circuit à boucle à verrouillage de phase pour exécuter une opération de décalage de fréquence sur les signaux reçus et

actionne des relais lors de la détection de l'une ou l'autre des fréquences choisies 'Cependant, diverses autres méthodes de détection des signaux de la sonde seront compri15 ses de l'homme de l'art.

La figure 11 représente un schéma électrique monté à l'intérieur de la sonde 30 Un transistor Q 10 du type PNP fonctionne en commutateur pour connecter ou déconnecter sélectivement les batteries 80, 82 des composants utilisés pour 20 que les diodes électroluminescentes 50-54 produisent le rayonnement IR Le transistor Ql O est normalement a l'état non conducteur; donc, des batteries 80, 82 voient effectivement un circuit ouvert de sorte qu'il n'y a aucune consommation de l'énergie de ces batteries Cependant, lorsque 25 la tête 40 produit son éclair de rayonnement IR,le photodétecteur 48 conduit le courant provenant des batteries pour faire traverser un inducteur Ll pendant la durée de l'éclair. Le très rapide temps de montée associé à l'impul30 sion lumineuse provenant du tube-éclair au xénon fournit un signal unique qui peut être facilement discriminé des

autres sources lumineuses dans l'aire de la machine-outil.

Le filtre IR de la tête 40 exclut la majeure partie du spectre visible de sorte que l'éclair ne peut être vu et 35 gêner les personnes du voisinage Lorsque l'impulsion 19. lumineuse atteint le photodétecteur 48, elle est transformée en impulsion électrique aux bornes de l'inducteur L 10 La bobine L 10 sert de filtre passe-haut et exclut les impulsions lumineuses à l'état constant ou à basse fréquence telles que la lumière fluorescente que l'aire

o se trouve la machine-outil peut produire.

La pointe de courant traversant le photodétecteur 48 pendant l'éclair créée un phénomène de "sonnerie"

dans l'inducteur L 10, comme cela est connu dans l'art. 10 Ce phénomène est fondamentalement une oscillation amortie qui dure environ 500 microsecondes en réponse à l'impulsion lumineuse de l'éclair d'environ 50 microsecondes.

Les oscillations de l'inducteur L 1 sont amplifiées et inversées par un amplificateur inverseur 200 La sortie de l'amplificateur 200 est connectée à la base du transistor QIO La "sonnerie" momentanée de l'inducteur Li due à l'éclair provoque une polarisation directe de la jonction base-émetteur du transistor QO 10 et le rend conducteur La conduction du transistor QO 10 se traduit par l'application 20 de la tension des batteries 80, 82 aux entrées de puissance des composants du circuit ayant pour référenoe +V dans les figures Lorsque la tension est appliquée à l'oscillateur 202, il commence à fournir des impulsions à un compteur de temps écoulé 204 Le compteur 204 est remis à zéro pour initialiser son comptage du temps écoulé lorsque la tête 40 reçoit l'éclair Cela est exécuté au moyen d'un inverseur 206 qui inverse la sortie de l'amplificateur 200 pour donner un signal positif qui est mis en forme d'impulsion par la constante de temps RC d'un conden30 sateur C 20 et d'une résistance R 20 Cette impulsion est appliquée à l'entrée de remise à zéro du compteur 204 par l'intermédiaire d'une porte OU 208 Comme cela apparaîtra, le compteur de temps écoulé 204 est également remis à zéro toutes les fois que le style 56 de la sonde vient en 35 contact avec un objet, ce qui est reflété par l'ouverture 20.

de l'un des commutateurs 51-53.

Le compteur 204 est conçu pour fournir un signal de niveau logique bas sur sa ligne de sortie 210 lorsqu'il

compte, c'est-à-dire lorsque le temps n'est pas écoulé.

Le signal de niveau logique bas de la ligne 210 est inversé par un inverseur 212 qui à son tour est connecté par l'intermédiaire d'une diode D 20 à l'entrée de l'amplificateur 200 Il en résulte que la sortie de l'amplificateur passe à un niveau bas, ce qui a pour effet de maintenir 10 'le transistor Q 10 à l'état conducteur, fournissant de l'énergie aux composants du circuit jusqu'à la fin du comptage du compteur 204 La durée de comptage du compteur 204

est choisie de façon à être suffisamment longue pour permettre au contrôleur 12 de commencer le processus réel d'ins15 pection, avec le style de la sonde en contact avec la pièce.

En général, une durée de plusieurs minutes est suffisante.

Le temps de comptage peut être ajusté au moyen d'un potentiomètre P 20 définissant la fréquence d'oscillation de ' l'oscillateur 202 Des fréquences plus élevées de l'oscil20 lateur 202 provoquent un comptage plus rapide du compteur 204 et donc, la cessation de son fonctionnement dans un temps plus court et vice-versa La génération des retards

est naturellement bien connue de l'homme de l'art.

Un oscillateur de porteuse 220 et un diviseur 222 25 coopèrent pour définir la fréquence à laquelle les diodes électroluminescentes 50-54 renvoient le rayonnement IR à la tête 40 Classiquement, l'oscillateur 220 utilise un quartz 224 ayant une fréquence de résonance connue comme horlogemartre L'oscillateur 220 met en forme les oscillations du 30 quartz 224 pour leur donner une forme permettant de fournir les impulsions d'horloge à un diviseur numérique classique, tel que le diviseur 222 Le diviseur 222 sert de moyen commode de décalage de la fréquence transmise par les diodes 50-54 lorsque le style de la sonde est en contact 35 avec un objet Dans cet exemple particulier, le diviseur 222 fonctionne de manière à diviser par 12 les impulsions 21. de 1,8 M Hz provenant de l'oscillateur 222 et fournit donc

à sa sortie des fréquences de signal d'environ 150 K Hz.

La sortie du diviseur 222 est couplée à un transistor d'attaque Q 12 ou autre circuit approprié permettant d'at5 taquer les diodes 50-54 à la fréquence définie par la sortie du diviseur Ainsi, dans cet exemple, lorsque la tête 40 amorce la séquence de production d'un éclair, la sonde répond en commençant la transmission du rayonnement IR à une fréquence donnée La transmission de la sonde est 10 détectée par le photodétecteur 170 monté dans la tête 40 qui, à son tour, fournit une indication au contrôleur 12 que la sonde 30 fonctionne correctement et est prête à démarrer la séquence de sondage Si la sonde 30 ne répond pas

de cette manière, des mesures de précaution peuvent être 15 prises.

Lorsque le style 56 de la sonde est en contact avec un objet, l'un des trois commutateurs 51-53 de l'ensemble 140 s'ouvrira L'ouverture de l'un des commutateurs 51-53 provoque deux choses Tout d'abord, le compteur 204 20 est remis au commencement de sa séquence de comptage du temps écoulé En second lieu, elle crée un décalage de la fréquence transmise par les diodes 50 54 Cela peut être accompli de diverses manières Cependant, dans le mode de réalisation préféré, l'ouverture de l'un des commutateurs 51 53 provoque le passage au niveau haut d'un comparateur 228 La sortie du comparateur 228 est couplée à l'entrée de remise à zéro du compteur 204 par l'intermédiaire d'une porte OU 208 et ainsi remet le compteur à zéro De plus, la sortie du comparateur 228 est couplée à une entrée de mani30 pulation du décalage de fréquence du diviseur 222 par une ligne 229 pour l'amener à diviser les impulsions d'horloge provenant de l'oscillateur de porteuse 220, par un nombre différent dans le cas présent par le nombre 13 Les signaux de sortie du diviseur 222 changent ainsi de fréquence pour 35 avoir une fréquence d'environ 138 K Hz Ainsi, la fréquence 22. du rayonnement IR transmis par les diodes 50-54 est décalée par rapport à la fréquence transmise lorsque la sonde a été mise en marche à l'origine Ce décalage de la fréquence est détecté par le photodétecteur 170 et transmis au 5 contrôleur 112 de manière à indiquer le contact du style avec un objet, normalement avec la surface d'une pièce

Le contrôleur 12 connaissant la position du style 56 lorsqu'il y a réception de ce signal peut calculer avec précision les dimensions de la pièce ou donner toute autre in10 formation utile.

Le contrôleur 12 peut provoquer le déplacement de

la sonde 30 pour l'amener en contact avec d'autres surfaces de la pièce, chaque fois que la sonde répond par un décalage dans le rayonnement IR transmis à partir de la sonde.

Le laps de temps écoulé compte par le compteur 204 est choisi de façon à être supérieur au temps qui s'écoulerait entre contacts du style Lorsque l'opération de sondage est terminée, le contrôleur 12 peut aller de l'avant avec d'autres opérations d'usinage, le cas échéant Il n'est pas néces20 saire de produire d'autres signaux pour mettre la sonde horsservice, car les batteries seront automatiquement déconnectées dès que le compteur a atteint le comptage du temps écoulé prévu Dans ce cas, sa ligne de sortie 210 passe au niveau haut, ce qui se traduit finalement par une polari25 sation inverse de la jonction base /émetteur du transistor Ql O Cela a pour effet de mettre le transistor Q 10 à l'état non conducteur De cette façon le seul courant extrait des batteries 80, 82 est le courant de fuite des semi-conducteurs et le photocourant du photodétecteur 48 Typiquement, 30 ce courant peut être très petit, souvent inférieur à 300 microampères Par conseéquent, les composants les plus gros consommateurs d'énergie sont déconnectés des batteries jusqu'à ce qu'on en ait réellement besoin pour l'utilisation attendue de la sonde De préférence, ces composants 35 sont constitués de semi-conducteurs CMOS (semi-conducteur 23. oxyde-métal à symétrie complémentaire) de façon à préserver

encore plus l'énergie des batteries.

A titre d'exemple non limitatif, l'oscillateur de porteuse 220 est constitué du transistor commandé par quartz dit n" 2 N 2222, le diviseur 222 du composant dit LM 4526 de la société dite National Semiconducteur, l'oscillateur 202 d'une moitié de circuit intégré dit LM 2903 de la société National Semiconducteur, et le compteur 204 du

composant LM 4040 de la société National Semiconducteur.

La technique de mise en marche par contact décrite précédemment en liaison avec la figure 3 peut être utilisée comme variante de la technique de mise en marche par éclair décrite plus haut Les deux techniques ont le même objectif général, c'est-à-dire augmenter la durée de 15 vie des batteries Dans une large mesure, la construction de la sonde et le circuit des deux techniques sont semblables Un schéma du circuit de la sonde pour la technique de mise en marche par contact est représenté en figure 12 Ce

circuit est identique à celui du circuit 11, lesmrmes numéros 20 de référence seront donc utilisés pour des composants identiques.

La comparaison des deux figures montre que la différence importante est l'élimination du photodétecteur 48 et de son inducteur associé L 10 en favecur d'une résis25 tance R 50 et d'un condensateur C 50 Ce circuit est également différent en ce sens qu'il comprend une ligne 231 connectée entre les commutateurs 51 53 de la sonde et un noeud N 1 couplé à l'entrée de l'amplificateur d'inversion 200 Le transistor Q 10 est maintenu à l'état non conducteur jusqi'au 30 moment o l'un des commutateurs 51-53 s'ouvre à la suite de la venue en contact du style 56 avec une surface de référence 60 (figure 3) Cela est dû au fait que les commutateurs 51-53 maintiennent l'entrée de l'amplificateur 200 sensiblement au niveau de la masse tant qu'ils sont fermés, c'est-à-dire lorsque le style de la sonde n'est pas en contact 24. avec quoi que ce soit Cependant, lorsque le style 56 est en contact avec la surface de référence 60, l'un des commutateurs 51-53 s'ouvre et provoque le commencement de la charge d'un condensateur C 50 De préférence, la valeur des résistances R 50 et R 18 ainsi que du condensateur C 50 est choisie de manière à obtenir une constante de temps RC qui retarde le moment o le condensateur C 50 est chargé à une tension suffisante pour rendre conducteur le transistor après inversion par l'amplificateur 200 Cela nécessi10 te le maintien par le contrôleur 12 du style 56 contre la surface de référence 60 pendant un temps défini, par exemple environ une seconde Ce mode opératoire assurera que des chocs accidentels contre le style de la sonde ou autres

facteurs extérieurs tels qu'un bruit électrique ne déclen15 cheront pas par erreur le fonctionnement de la sonde.

Dès que le condensateur C 50 a été suffisamment chargé, le transistor Ql O devient conducteur et la tension des batteries 80, 82 sera appliquée aux composants de transmission de la sonde Le compteur 204 sera remis à zé20 ro et fournira son signal de sortie par la ligne 210 de manière à faire passer le transistor Q 10 à l'état conducteur Dans ce mode de réalisation, le diviseur provoquera la génération de la plus faible des deux fréquences de sortie dues au déclenchement du comparateur 228, lorsque le 25 style 56 est en contact avec la surface de référence Cependant, le contrôleur 12 peut être convenablement programmé pour considérer ce signal initial de la sonde comme l'indication que la sonde- a été correctement mise en marche et est prête à procéder à l'inspection de la pièce. 30 Le contrôleur 12, sachant que la sonde 30 ' fonctionne correctement, se déplace alors sur la pièce pour son inspection avec le style 56 en contact avec diverses surfaces de cette pièce Dès que le style 56 s'est éloigné de la surface de référence 60, les commutateurs 51- 53 se fer35 ment, amenant le diviseur 222 à attaquer les diodes 25. électroluminescentes 50 54 à l'autre fréquence Dès que lé style est en contact avec une surface de la nièce, l'un des commutateurs 51 53 s'ouvre de nouveau, déclenchant le comparateur 228 Cela se traduit par la remise à zéro du compteur 204 Le déclenchement du comparateur 28 fournit également une sortie sur la ligne 229 pour que le diviseur 222 change sa fréquence et par conséquent celle des sorties de diodes 50 54 Ce processus se poursuit jusqu'au moment oa le processus d'inspection de la pièce 10 est terminé, les batteries étant automatiquement débranchées du circuit de la sonde dès que la minuterie 204

arrive à la fin de son temps de comptage.

La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est 15 au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art Par exemple, il apparaîtra que les techniques de déclenchement par éclairs ou par contact peuvent être utilisées avec des types de sondes

autres que celui qui a été spécifiquement illustré.

26.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1 Dispositif permettant la détection d'un contact avec un autre objet, caractérisé en ce qu'il comprend: un carter ayant un moyen de style en saillie sur une de ses extrémités pour venir en contact avec l'objet, ce carter comportant une partie médiane ayant des dimensions en coupe données, une partie allongée généralement cylindrique de section réduite qui s'étend à partir 10 d'une extrémité opposée du carter et est destinée à être montée dans une machine de la même manière qu'un outil, et un moyen de circuit à l'intérieur du carter pour produire

des signaux associés au contact du style avec l'objet.

2 Dispositif selon la revendication 1, caracté15 risé en ce que la partie cylindrique est creuse et contient

des batteries pour alimenter le moyen de circuit.

3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie médiane du carter comporte une

surface s'étendant perpendiculairement à la partie cylindri20 que et destinée à fournir une surface d'aboutement pendant le montage du dispositif dans la machine.

4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie médiane du carter est généralement

de forme conique avec sa surface extérieure convergeant 25 dans la direction du style.

Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: un moyen de transmission optique sur la partie extérieure en pente de la partie médiane du carter, destiné 30 à fournir un signal optique à un récepteur situé à distance

qui est associé au contact du style avec l'objet.

6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fonctionnement du moyen de transmission optique a pour effet de transmettre un rayonnement infra35 rouge.

27. 7 Sonde pour utilisation dans un centre de tournage à la place d'un outil servant à effectuer des travaux sur les cotes intérieures d'une pièce, caractérisée en ce qu'elle comprend: un carter ayant un style en saillie sur l'une de ses extrémités destiné à venir en contact avec la pièce, une partie médiane de carter généralement conique ayant une surface extérieure convergeant vers le style et une paroi arrière s'étendant transversalement à l'axe lon10 gitudinal de la sonde, un moyen de circuit à l'intérieur de la partie médiane du carter couplée au style, au moins un dispositif de transmission de rayonnement infrarouge sur la surface extérieure qui est couplé au moyen de circuit dont le fonctionnement a pour effet de transmettre des 15 signaux infrarouges associés au contact du style avec la

pièce; une partie allongée cylindrique, creuse, de section réduite par rapport à la paroi arrière et au moins une batterie à l'intérieur de la partie cylindrique pour alimenter le moyen de circuit.

8 Sonde selon la revendication 7, caractérisée

en ce que le nmoyen de circuit est destiné à produire une fréquence donnée pour commander le dispositif émetteur d'infrarouges afin d'indiquer que le style est en bon état de fonctionnement et pour décaler la fréquence lorsque le 25 style est en contact avec la pièce.

9 Sonde selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moyen de photodétecteur monté en un endroit contigu au dispositif émetteur d'infrarouges, et un moyen pour coupler le photodétecteur au moyen 30 de circuit,d'o il résulte que l'énergie de la batterie peut être sélectivement appliquée au moyen de circuit lors

de la détection d'un signal optique donné par le photodétecteur.

Sonde selon la revendication 7, caractérisée 35 en ce qu'elle comprend en outre un nez annulaire vissé sur 28. une extrémité de la partie médiane du carter, une unité de commutateurs ayant un élément en saillie qui est inséré dans le nez et y est fixé de manière amovible, et un câble

connectant l'unité de commutateurs au moyen de circuit.

11 Sonde selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'une pluralité de batteries cylindriques est montée en coulissemeant à l'intérieur de la partie cylindrique du carter, une borne d'une batterie étant sollicitée contre une surface conductrice d'un élément de fermeture d'une extrémité de la partie cylindrique, et un moyen connectant la

surface conductrice au moyen de circuit.

12 Sonde selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'élément est une plaquette montée sur la paroi arrière.