FR2617588A1 - Sensor for measuring the dimensions of an object by touch sensing - Google Patents
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Abstract
Description
CAPTEUR POUR LA MESURE DES DIMENSIONS
D'UN OBJET PAR PALPAGE
La présente invention concerne les capteurs qui permettent de mesurer les dimensions d'un objet par pal page.SENSOR FOR MEASURING DIMENSIONS
OF AN OBJECT BY PALPAGE
The present invention relates to sensors which allow the dimensions of an object to be measured per page.
Ces capteurs font partie de machines à mesurer qui sont souvent associées aides machines-outils pour permettre de contrôler avec une grande précision les dimensions d'une pièce en cours ou en fin d'usinage. These sensors are part of measuring machines which are often associated with machine tool aids to allow very precise control of the dimensions of a part during or at the end of machining.
Plus précisément l'invention a pour objet un capteur qui comporte:
- un palpeur;
- un dispositif de suspension comprenant au moins une première partie dont ce palpeur est solidaire et une deuxième partie assem blées de façon à pouvoir se déplacer sensiblement parallèlement l'une par rapport à l'autre dans une première direction;
- un transducteur pour mesurer le déplacement relatif de ces deux parties; et
- un générateur de force pour assigner une position de repos stable au palpeur et pour lui permettre d'exercer sur la-surface de l'objet à mesurer une force d'appui qui commence par croître linéairement et rapidement au fur et à mesure qu'il s'écarte de sa position de repos dans un domaine de mesure et qui devient ensuite légèrement croissante dans un domaine de dégagement, ce générateur comportant lui-même des premiers moyens élastiques liés à l'une des parties du dispositif de suspension et déformables dans ladite première direction et un ensemble porté par l'autre partie de ce dispositif qui comprend des moyens de butée, deux éléments mobiles qui interagissent avec les premiers moyens élastiques 'et des seconds moyens élastiques qui agissent en sens opposé sur ces éléments mobiles pour tenter de les maintenir en permanence en appui contre les moyens de butée, les premiers et seconds moyens élastiques étant tels que, dans le domaine de mesure, les éléments mobiles restent en contact avec les moyens de butée pour amener les premiers moyens élastiques à se déformer et que, dans le domaine de dégagement, l'un des éléments mobiles s'écarte progressivement de ces moyens de butée sous l'action des premiers moyens élastiques et à l'encontre des
Un capteur connu de ce genre est décrit dans le brevet
US-A-3 945124 et représenté schématiquement en coupes longitudinales aux figures 1 et 2, la figure 2 étant une vue selon le plan Il-Il de la figure 1.More precisely, the subject of the invention is a sensor which comprises:
- a probe;
- A suspension device comprising at least a first part of which this probe is integral and a second part assembled so as to be able to move substantially parallel with respect to each other in a first direction;
- a transducer to measure the relative displacement of these two parts; and
- a force generator to assign a stable rest position to the probe and to allow it to exert on the surface of the object to be measured a pressing force which begins to grow linearly and rapidly as it deviates from its rest position in a measurement range and which then becomes slightly increasing in a clearance range, this generator itself comprising first elastic means linked to one of the parts of the suspension device and deformable in said first direction and an assembly carried by the other part of this device which comprises stop means, two mobile elements which interact with the first elastic means' and second elastic means which act in opposite directions on these mobile elements in an attempt to keep them permanently in abutment against the stop means, the first and second elastic means being such that, in the measurement range, the mobile elements remain in contact with the stop means for causing the first elastic means to deform and that, in the release range, one of the movable elements progressively moves away from these stop means under the action of the first elastic means and against
A known sensor of this kind is described in the patent.
US-A-3 945124 and shown schematically in longitudinal sections in FIGS. 1 and 2, FIG. 2 being a view along the plane II-II of FIG. 1.
Dans ce capteur connu les deux parties assemblées du dispositif de suspension dont on vient de parler sont constituées par deux plaques rigides 2 et 4 dont l'une porte le palpeur 6 et qui sont reliées entre elles par deux lames élastiques 8 et 10 de façon A constituer avec celles-ci un parallélépipède déformable et à ne permettre au palpeur de se déplacer par rapport à la plaque 4 dont il n'est pas solidaire que dans une seule direction qui est parallè- le à cette plaque et qui est celle indiquée sur la figure 1 par les flèches opposées f et f'. In this known sensor, the two assembled parts of the suspension device which we have just spoken of consist of two rigid plates 2 and 4, one of which carries the probe 6 and which are connected together by two elastic blades 8 and 10 so as to A constitute with them a deformable parallelepiped and to allow the probe to move relative to the plate 4 of which it is not integral only in one direction which is parallel to this plate and which is that indicated on the Figure 1 by the opposite arrows f and f '.
Pour simplifier on n'a pas représenté sur le dessin le transducteur par exemple de type inductif ou capacitif qui permet de mesurer les déplacements du palpeur. To simplify, the transducer, for example of the inductive or capacitive type which makes it possible to measure the movements of the probe, has not been shown in the drawing.
Par contre, on peut y voir le générateur de force qui comprend une cage 12 fixée à la plaque 4 et séparée en deux par une paros médiane 14 dans des encoches de laquelle sont logées trois billes 16 disposées en cercle qui ont un diamètre légèrement supérieur à son épaisseur. On the other hand, we can see the force generator which includes a cage 12 fixed to the plate 4 and separated in two by a middle paros 14 in notches of which are housed three balls 16 arranged in a circle which have a diameter slightly greater than its thickness.
De part et d'autre de cette paroi se trouvent deux flasques 1B et 20 qui sont placés au bout de tiges de guidage rigides 22 et 24 de façon à pouvoir coulisser à l'intérieur de la cage et deux ressorts hélicoidaux identiques et précontraints 26 et 28 qui tendent en permanence à maintenir les flasques 18 et 20 appuyés contre les billes 16. On either side of this wall are two flanges 1B and 20 which are placed at the end of rigid guide rods 22 and 24 so as to be able to slide inside the cage and two identical and prestressed helical springs 26 and 28 which permanently tend to keep the flanges 18 and 20 pressed against the balls 16.
Enfin, le générateur de force comprend également dans ce. cas une tige flexible 30, réalisée par exemple au moins partiellement en matériau piezo-électrique, dont l'une des extrémités est solidaire de la plaque 2 et dont l'autre extrémité porte une tête sphérique 32 de même diamètre que les billes 16 et pénètre à l'intérieur d'une quatrième encoche de la paroi 14 pour que cette tête se trouve pratiquement au centre du cercle sur lequel sont placées les billes
Ainsi, tant que le palpeur n'est soumis à aucune action qui permettrait de le déplacer dans la direction des flèches f et f', par rapport à la plaque 4, celui-ci reste dans une position de repos qui sert de "zéro", c'est-à-dire de position de référence pour les mesures et qui est bien entendu celle pour laquelle les lames élastiques 8, 10 et la tige 30 ne sont soumises à aucune de-forma- tion. Dans cette situation qui est celle qui est représentée sur 1-es figures 1 et 2 la tête de la tige n'exerce aucune force sur les flasques 18 et 20 qui sont alors en contact avec les billes.Finally, the force generator also includes in this. case a flexible rod 30, made for example at least partially of piezoelectric material, one end of which is integral with the plate 2 and the other end of which carries a spherical head 32 of the same diameter as the balls 16 and penetrates inside a fourth notch in the wall 14 so that this head is practically in the center of the circle on which the balls are placed
Thus, as long as the probe is not subjected to any action which would allow it to be displaced in the direction of the arrows f and f ′, relative to the plate 4, the latter remains in a rest position which serves as "zero" , that is to say of the reference position for the measurements and which is of course the one for which the elastic blades 8, 10 and the rod 30 are not subjected to any deformation. In this situation which is that shown in 1-es Figures 1 and 2 the head of the rod exerts no force on the flanges 18 and 20 which are then in contact with the balls.
Supposons maintenant que la plaque 4 soit fixe et que l'on amène un objet à mesurer au contact du palpeur dans le sens de la flèche f'. Au moment où ce contact s'établit le palpeur est encore en position de repos et la force d'appui qu'il exerce sur l'objet est alors nulle. Suppose now that the plate 4 is fixed and that an object to be measured is brought into contact with the probe in the direction of the arrow f '. When this contact is established, the probe is still in the rest position and the bearing force it exerts on the object is then zero.
Si, ensuite, on déplace l'objet toujours dans le sens de la flèche f' les lames élastiques 8 et 10 se courbent et la tige flexion ble 30 fait de même jusqu'à ce que la force exercée par la tête 32 sur le flasque 18 atteigne celle du ressort 26. Après, la tige 30 ne se déforme pratiquement plus et c'est le ressort 26 qui se comprime en même temps que les lames élastiques continuent à se courber. If, then, the object is still moved in the direction of the arrow f 'the elastic blades 8 and 10 bend and the flexing rod 30 does the same until the force exerted by the head 32 on the flange 18 reaches that of the spring 26. Afterwards, the rod 30 hardly deforms any more and it is the spring 26 which compresses at the same time as the elastic blades continue to bend.
Naturellement, si l'on amenait l'objet au contact du palpeur dans le sens de la flèche f et si on continuait ensuite à le déplacer dans ce sens les déformations des lames et de la tige se produiraient en sens inverse et ce serait alors le flasque 20 et le ressort 28 qui seraient concernés. Naturally, if we brought the object into contact with the probe in the direction of arrow f and if we then continued to move it in this direction the deformations of the blades and of the rod would occur in the opposite direction and this would then be the flange 20 and the spring 28 which would be concerned.
Si l'on regarde maintenant la figure 3 qui montre la variation de la force d'appui que le palpeur 6 exerce sur l'objet en fonction de son déplacement par rapport à la plaque 4 on constate que l'on a bien au début une force qui croît linéairement et rapidement à partir de zéro, lorsque la tige 30 se déforme, puis toujours linéairement mais beaucoup plus lentement à partir du moment où celle-ci déplace l'un des flasques à l'encontre du ressort qui lui est associé. If we now look at Figure 3 which shows the variation of the support force that the probe 6 exerts on the object as a function of its displacement relative to the plate 4 we see that we have at the beginning a force which increases linearly and rapidly from zero, when the rod 30 is deformed, then always linearly but much more slowly from the moment when the latter moves one of the flanges against the spring associated with it.
Comme on l'a laissé entendre le domaine de déplacement du pa#lpeur dans lequel la force d'appui croît rapidement est celui dans lequel des mesures peuvent être effectuées. L'autre domaine dit "de dégagement", qui est beaucoup plus grand est prévu pour éviter que le capteur et/ou l'objet soient endommagés lorsque l'on procède à des mesures. Par exemple, il permet de freiner et éventuellement de stopper le mouvement d'avance d'une pièce sur une machine-outil
lorsque celle-ci s'approche du capteur ou inversement.As has been suggested, the range of displacement of the sensor in which the pressing force increases rapidly is that in which measurements can be made. The other area, called "clearance", which is much larger, is provided to prevent the sensor and / or the object from being damaged when measurements are taken. For example, it makes it possible to brake and possibly stop the advance movement of a part on a machine tool
when it approaches the sensor or vice versa.
En fait, ce que l'on vient de dire à propos de la force d'appui n'est tout à fait exact que si les billes 16 et la tête 32 de la
tige ont rigoureusement le même diamètre.In fact, what has just been said about the bearing force is only completely correct if the balls 16 and the head 32 of the
rod have strictly the same diameter.
En effet, si le diamètre de la tête 32 est légèrement plus faible que celui des billes, lorsque le palpeur se déplace la tige 30 ne se déforme pas tout de suite. Elle ne commence à le faire que lorsque la tête 32 est en contact avec l'un des flasques. Donc au début la force de mesure, c'est-à-dire la force d'appui du palpeur sur l'objet mesuré, qui n'est due qu' la déformation des lames élastiques 8 et 10 est pratiquement nulle, comme le montre la courbe
A du diagramme de la figure 4 qui est représentée à une échelle beaucoup plus grande que celle de la figure 3.In fact, if the diameter of the head 32 is slightly smaller than that of the balls, when the probe moves the rod 30 does not deform immediately. It only begins to do so when the head 32 is in contact with one of the flanges. So at the beginning the measuring force, that is to say the pressing force of the probe on the measured object, which is only due to the deformation of the elastic blades 8 and 10 is practically zero, as shown the curve
A of the diagram of FIG. 4 which is represented on a much larger scale than that of FIG. 3.
Si, au contraire, le diamètre de la tête est supérieur à celui des billes celle-ci est soumise au départ aux actions opposées des deux ressorts 26 et 28 et l'un d'eux aide la tige à suivre le mouvement du palpeur à l'encontre de l'autre. De ce fait la force de mesure commence par croître très lentement et ce n'est qu'à partir du moment où le flasque 18, si le palpeur se déplace dans le sens de la flèche f', ou le flasque 20, si le palpeur se déplace dans le sens de la flèche f, touche les billes que cette force se met à croître rapidement. Ceci est illustré par la courbe B de la figure 4. If, on the contrary, the diameter of the head is greater than that of the balls, this is subjected at the outset to the opposite actions of the two springs 26 and 28 and one of them helps the rod to follow the movement of the probe to the against the other. Therefore the measuring force begins to grow very slowly and it is only from the moment when the flange 18, if the probe moves in the direction of the arrow f ', or the flange 20, if the probe moves in the direction of arrow f, touches the balls as this force begins to grow rapidly. This is illustrated by curve B in Figure 4.
Donc, dans les deux cas.la position de repos du palpeur n'est plus très bien définie et il peut se produire un phénomène d'hystérèse suffisamment important pour fausser les mesures. Il suffit pour cela que la différence de diamètre entre la tête de la tige et les billes soit du même ordre de grandeur que la résolution du capteur. In both cases, the rest position of the probe is no longer very well defined and a hysteresis phenomenon can occur which is large enough to falsify the measurements. It suffices for this that the difference in diameter between the head of the rod and the balls is of the same order of magnitude as the resolution of the sensor.
Par conséquent, si l'on veut que le capteur soit capable d'effectuer correctement des mesures au dizième de micron près, ce qui est fréquent, les tolérances dont on dispose pour la fabrication des billes et de la tête de la tige sont très faibles pour ne pas dire nulles et ceci pose évidemment un problème. Consequently, if we want the sensor to be able to correctly carry out measurements to the nearest tenth of a micron, which is frequent, the tolerances available for manufacturing the balls and the head of the rod are very low. not to say zero and this obviously poses a problem.
De plus, lorsque l'on se sert du capteur les billes ne s'usent pas à la même vitesse que la tête de la tige, ce qui fait que même si l'on résout ce problème de tolérances la possibilité d'erreurs de mesure n'est pas écartée. In addition, when the sensor is used, the balls do not wear out at the same speed as the head of the rod, which means that even if this tolerance problem is resolved, the possibility of measurement errors is not ruled out.
Enfin, ce type de capteur a également un autre défaut: c'est que pour des déplacements importants du palpeur il y a un glissement et un frottement de la tête de la tige sur l'un ou l'autre des flasques qui peuvent eux aussi être la cause d'une certaine hystérèse et que, pour cette raison, le domaine de mesure est forcément très limité. Finally, this type of sensor also has another defect: it is that for large displacements of the probe there is a sliding and a friction of the head of the rod on one or the other of the flanges which can also be the cause of a certain hysteresis and that, for this reason, the field of measurement is necessarily very limited.
Par exemple avec les capteurs qui sont commercialisés actuellement par la société Ernst Leitz GmbH, qui est titulaire du brevet americain précité, on ne peut faire des mesures que dans un domaine de + 16 um. Or pour certaines utilisations il serait intéressant d'avoir un domaine de mesure nettement plus large.For example with the sensors which are currently marketed by the company Ernst Leitz GmbH, which is the holder of the aforementioned American patent, measurements can only be made in a range of + 16 μm. However, for certain uses, it would be interesting to have a much wider measurement range.
Le but de l'invention est de fournir un capteur qui ne présente pas ces inconvénients et il est atteint grace au fait que dans le générateur de force du capteur selon l'invention les premiers moyens élastiques comprennent deux premiers ressorts antagonistes, sur lesquels les éléments mobiles agissent en sens contraire, et réciproquement, et qui sont soumis par ces éléments à une précontrainte lorsque le palpeur est en position de repos, cette précontrainte étant suffisante pour que ces premiers ressorts soient toujours tous les deux plus ou moins sous tension tant que les déplacements du palpeur se situent à l'intérieur du domaine de mesure. The object of the invention is to provide a sensor which does not have these drawbacks and it is achieved thanks to the fact that in the force generator of the sensor according to the invention the first elastic means comprise two first antagonistic springs, on which the elements mobile act in the opposite direction, and vice versa, and which are subjected by these elements to a pre-stress when the probe is in the rest position, this pre-stress being sufficient for these first springs to be always both more or less under tension as long as the probe movements are within the measuring range.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et qui se réfère au dessin annexe sur lequel:
- les figures 1 à 4 représentent ce que l'on a déjà indique;
- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une forme
possible d'exécution d'un capteur unidimensionnel selon
l'invention, sur laquelle le palpeur se trouve en position de
repos;
- la figure 6 est une autre vue en coupe longitudinale de cette
forme d'exécution, selon le plan VI-VI de la figure 5;
- la figure 7 est une vue en coupe transversale partielle, selon
le plan Vil-Vil de la figure 5, qui montrent la forme des deux
ressorts qui constituent les premiers moyens élastiques du
générateur de force dans cette forme d'exécution;;
- la figure 8 est une vue en coupe semblable à celle de la
figure 5 qui montre l'état du capteur lorsque le palpeur se
trouve dans une position située dans le domaine de dégagement;
- la figure 9 est une vue en plan qui montre une autre forme
possible et avantageuse de réalisation des deux ressorts et de
leurs moyens de fixation; et
- la figure 10 est une vue en perspective qui montre schémati
quement comment le dispositif de suspension du palpeur peut
par exemple être réalisé lorsque le capteur selon l'invention
est tridimensionnel.The invention will be better understood on reading the description which follows and which refers to the accompanying drawing in which:
- Figures 1 to 4 show what has already been indicated;
- Figure 5 is a longitudinal sectional view of a shape
possible execution of a one-dimensional sensor according to
the invention, in which the probe is in the position of
rest;
- Figure 6 is another view in longitudinal section of this
embodiment, according to plan VI-VI of Figure 5;
- Figure 7 is a partial cross-sectional view, along
the Vil-Vil plan in Figure 5, which shows the shape of the two
springs which constitute the first elastic means of
force generator in this embodiment ;;
- Figure 8 is a sectional view similar to that of the
figure 5 which shows the state of the sensor when the probe
found in a position in the release area;
- Figure 9 is a plan view showing another form
possible and advantageous realization of the two springs and
their means of attachment; and
- Figure 10 is a perspective view which shows schematic
just how the probe hanger can
for example be produced when the sensor according to the invention
is three-dimensional.
Le capteur représenté sur les figures 5 à 8 comprend deux ponts rigides 34 et 36 avec des parties planes respectives 38 et 40 dont l'une porte le palpeur 42 alors que l'autre est fixée par exemple à un chassis où à un support non représenté du capteur et qui sont elles aussi reliées entre elles par deux lames élastiques 44 et 46 de façon à former avec celles-ci un cadre parallélépipèdique déformable et à ne pouvoir se déplacer que parallèlement l'une par rapport à l'autre et dans une seule direction qui est celle qui est indiquée par les flèches F et F' sur les figures Set 8. The sensor shown in Figures 5 to 8 comprises two rigid bridges 34 and 36 with respective flat parts 38 and 40, one of which carries the probe 42 while the other is fixed for example to a frame or to a support not shown of the sensor and which are also connected to each other by two elastic blades 44 and 46 so as to form with them a deformable parallelepiped frame and to be able to move only in parallel with one another and in a single direction which is that indicated by the arrows F and F 'in the figures Set 8.
De plus, comme dans le cas du capteur connu des figures 1 et 2, les lames élastiques 44 et 46 sont telles que leur participation à la création d'une force d'appui du palpeur sur un objet à mesurer soit la plus faible possible mais, bien entendu, sans que leur souplesse aille jusqu'à permettre une torsion ou un aplatissement même minime du cadre dont elles font partie au moment d'une mesure. In addition, as in the case of the known sensor of FIGS. 1 and 2, the elastic blades 44 and 46 are such that their participation in the creation of a pressing force of the feeler on an object to be measured is as small as possible but , of course, without their flexibility going so far as to allow even minimal twisting or flattening of the frame of which they are part at the time of a measurement.
Pour cette raison on ne parlera pas par la suite de cette participation que l'on considérera comme négligeable. For this reason, we will not speak later of this participation which we will consider as negligible.
Cela dit,-si l'on regarde-les figures 5 et 8, constate que le pont supérieur 36 comporte un montant 48 qui s'étend en direction du pont inférieur et qui présente à son extrémité un trou cylindrique 50 d'axe sensiblement parallèle à la direction de déplacement du palpeur, dans lequel est logée une bobine 54. Cette bobine est l'un des éléments d'un transducteur inductif 52 qui sert à mesurer les déplacements relatifs du palpeur par rapport au pont supérieur 36. That said, -if we look at Figures 5 and 8, see that the upper deck 36 has an upright 48 which extends towards the lower deck and which has at its end a cylindrical hole 50 of substantially parallel axis to the direction of movement of the probe, in which a coil 54 is housed. This coil is one of the elements of an inductive transducer 52 which serves to measure the relative movements of the probe relative to the upper bridge 36.
L'autre élément de ce transducteur est évidemment un noyau en matériau magnétique 56, par exemple en ferrite, qui est fixé au bout d'une tige 58 portée par un autre montant 60 qui, lui, fait partie du pont inférieur 34. The other element of this transducer is obviously a core of magnetic material 56, for example of ferrite, which is fixed to the end of a rod 58 carried by another upright 60 which, itself, is part of the lower bridge 34.
Naturellement, il n'y aurait aucun inconvénient à ce que la bobine 54 soit portée par le montant 60 et le noyau 56 par le montant 48. Naturally, there would be no disadvantage in having the coil 54 carried by the upright 60 and the core 56 by the upright 48.
Par ailleurs, il est bien clair que ce transducteur inductif 52 pourrait être remplacé par un transducteur d'un autre type, par exemple capacitif. Furthermore, it is very clear that this inductive transducer 52 could be replaced by a transducer of another type, for example capacitive.
On va maintenant décrire la partie du capteur dans laquelle réside l'invention c'est- -dire le générateur de force. We will now describe the part of the sensor in which the invention resides, that is to say the force generator.
Ce générateur qui est désigné par le repère 62 comprend tout d'abord deux tiges flexibles, identiques et par exemple métalliques, 64 et 66 dont la caractéristique d'élasticité est linéaire dans le cadre des déformations qu'elles peuvent subir et qui sont fixées par leurs extrémités au pont inférieur 34 de façon à être à la fois sensiblement parallèles entre elles et aux parties planes des ponts, orthogonales à la direction de déplacement du palpeur et relativement proches l'une de l'autre. This generator which is designated by the reference 62 comprises first of all two flexible rods, identical and for example metallic, 64 and 66 whose elasticity characteristic is linear within the framework of the deformations which they may undergo and which are fixed by their ends at the lower bridge 34 so as to be both substantially parallel to one another and to the flat parts of the bridges, orthogonal to the direction of movement of the probe and relatively close to one another.
Comme le montrent les figures 6 et 7, ces tiges 64 et 66, qui constituent ici les deux ressorts antagonistes dont on a parlé, sont tendues entre deux bossages opposés 68 et 70 du pont inférieur 34 dans des trous desquels leurs extrémités sont encastrées. As shown in Figures 6 and 7, these rods 64 and 66, which here constitute the two opposing springs which have been mentioned, are stretched between two opposite bosses 68 and 70 of the lower bridge 34 in holes of which their ends are embedded.
D'autre part, en regardant les figures 5 et 7 on peut voir que le générateur de force 62 comporte également, comme éléments mobiles, deux leviers jumeaux 72 et 74 qui s'étendent dans le sens de la hauteur du cadre déformable et qui sont portés par un autre montant 76 du pont supérieur 36 de façon à se trouver pratiquement aans le plan médiateur des tiges flexibles, à avoir leurs extrémités infé- rieures situées de part et d'autre de celles-ci et à être disposes symétriquement par rapport au plan qui est à la fois perpendiculaire à la direction de déplacement du palpeur et équidistant de ces tiges lorsque le capteur est au repos. On the other hand, looking at Figures 5 and 7 we can see that the force generator 62 also includes, as movable elements, two twin levers 72 and 74 which extend in the direction of the height of the deformable frame and which are carried by another upright 76 of the upper deck 36 so as to be practically in the mediating plane of the flexible rods, to have their lower ends situated on either side of them and to be arranged symmetrically with respect to the plane which is both perpendicular to the direction of movement of the probe and equidistant from these rods when the sensor is at rest.
On voit aussi qu'entre ces deux leviers est tendu un ressort hélicoïdal de traction 78 qui les attirent l'un vers l'autre et qui tend en permanence à les maintenir appuyés contre deux goupilles 80 et 82 fixées au montant 76 et interposées entre eux. We also see that between these two levers is tensioned a helical tension spring 78 which attracts them towards each other and which tends permanently to keep them pressed against two pins 80 and 82 fixed to the amount 76 and interposed between them .
La première 80 de ces goupilles qui se trouve près de la base du montant 76 et qui s'engage partiellement dans deux gorges en V 84 et 86 en regard l'une de l'autre que les leviers présentent près de leurs extrémités supérieures est prévue pour servir à la fois de support et d'axe de pivotement eommun pour ces leviers. De plus, grace à la tête 88 dont elle est munie, elle permet de les maintenir en appui contre le montant 76. The first 80 of these pins which is located near the base of the upright 76 and which partially engages in two V-shaped grooves 84 and 86 facing each other that the levers have near their upper ends is provided to serve as both a support and a common pivot axis for these levers. In addition, thanks to the head 88 with which it is provided, it makes it possible to keep them in abutment against the upright 76.
L'autre goupille 82, qui est placée au contraire prés de l'ex tremité de ce montant, constitue les moyens de butée dont on a également parlé. The other pin 82, which is placed on the contrary near the end of this amount, constitutes the abutment means which have also been mentioned.
Lorsque le palpeur est en position de repos les leviers 72 et 74 sont effectivement maintenus en contact avec cette goupille par le ressort 78 et, conformément a l'invention, les tiges 64 et 66 sont alors soumises par ceux-ci à une précontrainte, c'est-à-dire à une flexion initiale dans la direction de déplacement du palpeur, qui est évidemment la même pour les deux. La seule différence c'est que l'une des tiges est incurvée dans un sens et l'autre dans l'autre (voir figure 7). When the feeler is in the rest position, the levers 72 and 74 are effectively held in contact with this pin by the spring 78 and, in accordance with the invention, the rods 64 and 66 are then subjected by a preload, c that is to say an initial bending in the direction of movement of the probe, which is obviously the same for both. The only difference is that one of the rods is curved in one direction and the other in the other (see Figure 7).
Dans cette situation les tiges exercent sur les leviers des forces égales et opposées dont le moment par rapport a l'axe de pivotement 80 est nettement inférieur à celui des forces exercées sur ces mêmes leviers par le ressort 78. In this situation, the rods exert on the levers equal and opposite forces, the moment of which relative to the pivot axis 80 is significantly less than that of the forces exerted on these same levers by the spring 78.
A noter que ce ressort est choisi de façon à présenter lui aussi une caractéristique d'élasticité linéaire dans le domaine des déformations qu'il peut être amené à subir. It should be noted that this spring is chosen so as to also have a characteristic of linear elasticity in the area of the deformations which it may be required to undergo.
Regardons maintenant la figure 5 et supposons qu'apres avoir été amené au contact d'un objet à mesurer le palpeur se déplace par rapport au pont-superieur 36 dans le sens de la flèche F'. Au début les deux leviers restent en contact avec la goupille 82 et au fur et à mesure que le palpeur s'éloigne de sa position de repos la tige 66 fléchit davantage alors que la tige 64 se détend, ce qui fait que la force exercée par la tige 66 sur le levier 74 croit tandis que celle de la tige 64 sur le levier 72 décroît dans les mêmes proportions. Let us now look at FIG. 5 and suppose that after having been brought into contact with an object to be measured the probe moves relative to the upper bridge 36 in the direction of the arrow F '. At the start the two levers remain in contact with the pin 82 and as the probe moves away from its rest position the rod 66 flexes more while the rod 64 relaxes, which means that the force exerted by the rod 66 on the lever 74 increases while that of the rod 64 on the lever 72 decreases in the same proportions.
Donc la force d'appui du palpeur sur l'objet qui est alors pratiquement égale, au signe prés, à la somme algébrique des deux croit elle aussi et comme les deux tiges ont des caractéristiques linéaires cette croissance est également linéaire et deux fois plus rapide que celle de la force de la tige 66 sur le levier 74.So the contact force of the feeler on the object which is then practically equal, to the sign near, to the algebraic sum of the two also believes and as the two rods have linear characteristics this growth is also linear and twice as fast than that of the force of the rod 66 on the lever 74.
Lorsque le moment de cette force exercée sur le levier 74 par rapport à son axe de pivotement atteint celui de la force auquel il est soumis par le ressort 78 ce levier est encore en contact avec la butée 64 mais aussitôt après il commence a s'en écarter et on passe alors du domaine de mesure au domaine de dégagement. When the moment of this force exerted on the lever 74 with respect to its pivot axis reaches that of the force to which it is subjected by the spring 78 this lever is still in contact with the stop 64 but immediately after it begins to move aside and we then move from the measurement range to the clearance range.
Naturellement, pour que la force d'appui du palpeur augmente toujours de la même façon jusqu'à ce que ces moments deviennent égaux il est nécessaire que la flexion initiale à laquelle les tiges sont soumises au départ soit suffisante pour que la tige 64 ne cesse d'être défoimée par le levier 72 qu'à ce moment-là. Pour plus de sécurité, il est même préférable qu'elle soit alors encore légère- ment sous tension. Naturally, in order for the bearing force of the probe to always increase in the same way until these moments become equal, it is necessary that the initial bending to which the rods are subjected at the start is sufficient for the rod 64 to cease to be defoimed by lever 72 only at that time. For more security, it is even preferable that it is then still slightly under tension.
D'autre part, à partir du moment où le levier 74 commence a s'écarter de la goupille 82 la force d'appui du palpeur devient alors pratiquement égale, au signe près, à la force exercée par le levier 74 sur le ressort 78 multipliée par le rapport des distances de l'axe de pivotement de ce levier à la ligne d'action de cette force et au p;an dans lequel sont situées les tiges, et ceci bien qu'au début la tige 66, sous l'action de laquelle le levier se déplace, continue à se déformer encore un peu. On the other hand, from the moment when the lever 74 begins to move away from the pin 82 the bearing force of the feeler then becomes practically equal, except for the sign, to the force exerted by the lever 74 on the spring 78 multiplied by the ratio of the distances from the pivot axis of this lever to the line of action of this force and to the point in which the rods are located, and this although at the beginning the rod 66, under the action of which the lever moves, continues to deform a little more.
Par conséquent, on obtient bien dans le domaine de dégagement une force d'appui du palpeur qui varie linéairement en fonction du déplacement de celui-ci, mais beaucoup plus lentement que dans le domaine de mesure, le ressort 78 étant prévu pour cela. De plus, il y a intérêt à placer ce ressort près de l'axe de pivotement des leviers pour que cette variation soit la plus lente possible. Consequently, one obtains indeed in the release range a pressing force of the probe which varies linearly as a function of the displacement thereof, but much more slowly than in the measurement range, the spring 78 being provided for this. In addition, it is advantageous to place this spring near the pivot axis of the levers so that this variation is as slow as possible.
La figure 8 illustre ce que l'on vient d'expliquer. Elle montre également qu'à la différence du levier 74 le levier 72 reste en contact avec la goupille 82, ce qui se comprend facilement. Figure 8 illustrates what has just been explained. It also shows that, unlike the lever 74, the lever 72 remains in contact with the pin 82, which is easy to understand.
Enfin, il est bien clair que dans le cas où le palpeur se déplace dans le sens de la flèche F c'est tout d'abord la tige 64 qui fléchit davantage et la tige 66 qui se détend et que c'est ensuite le levier 72 qui s'écarte de la butée 82. Finally, it is very clear that in the case where the probe moves in the direction of the arrow F it is first of all the rod 64 which bends more and the rod 66 which relaxes and then it is the lever 72 which deviates from the stop 82.
Il est clair également qu'avec le générateur de farce que l'on vient de décrire la force d'appui du palpeur ne peut pas faire autre chose que de commencer à croître rapidement des que celui-ci quitte sa position de repos, étant donné que les tiges sont soumises à une précontrainte au départ. Donc, même si ses éléments sont fabriques avec des tolérances très larges le capteur dont il fait partie ne peut pas présenter les mêmes défauts de linéarité à l'origine que celui des figures 1 et 2. It is also clear that with the stuffing generator that has just been described, the bearing force of the probe cannot do anything but start to grow rapidly as soon as it leaves its rest position, given that the rods are subjected to a prestress at the start. Therefore, even if its elements are manufactured with very wide tolerances, the sensor of which it is a part cannot have the same linearity defects at the origin as that of FIGS. 1 and 2.
De plus, rien ne s'oppose à ce que le domaine de mesure de ce capteur soit très large. Par exemple on a déjà réalisé un capteur de ce genre dont le domaine de mesure est de + 100 vm et on pourrait encore aller beaucoup plus loin si cela était nécessaire. In addition, there is nothing to prevent the measurement range of this sensor from being very wide. For example, a sensor of this kind has already been produced, the measurement range of which is + 100 vm, and we could go much further if necessary.
Ce capteur des figures 5 à 8 présente cependant un léger incon vénient qui est dû à la manière dont les tiges sont fixées. En effet, les bords des trous des bossages 68 et 70 dans lesquels elles sont encastrées risquent souvent d'être tes faiblement arrondis ou chanfreinés ce qui fait qu'elles peuvent être amenées à se déplacer et à frotter sur ces bords lorsqu'elles sont soumises à des flexions et que les mesures effectuées peuvent alors ne pas être tout à fait correctes. This sensor of FIGS. 5 to 8 however has a slight drawback which is due to the way in which the rods are fixed. In fact, the edges of the holes in the bosses 68 and 70 in which they are embedded are often liable to be slightly rounded or chamfered, which means that they may have to move and rub on these edges when they are subjected. bending and that the measurements taken may not be entirely correct.
La figure 9 montre une solution qui permet de supprimer facilement cet inconvénient. FIG. 9 shows a solution which makes it possible to easily eliminate this drawback.
Cette solution consiste à réaliser en une seule pièce, par exemple par électro-érosion, un ensemble qui comprend les tiges flexibles 64 et 66, deux parties planes de fixation 90 qui sont percées de trous 92 pour pouvoir être vissées sur des bossages du pont inférieur du capteur et quatre parties de suspensions 94, 96, 98 et 100, coudées en S, qui sont situées dans le même plan que les tiges et les parties planes et qui raccordent celles-ci entre elles de manière à ce que l'ensemble ait le même plan de symétrie que les tiges. This solution consists in producing in a single piece, for example by EDM, an assembly which includes the flexible rods 64 and 66, two flat fixing parts 90 which are pierced with holes 92 so that they can be screwed onto bosses of the lower deck of the sensor and four parts of suspensions 94, 96, 98 and 100, angled in S, which are located in the same plane as the rods and the flat parts and which connect them so that the assembly has the same plane of symmetry as the rods.
Une autre possibilité consisterait à ne pas prévoir de parties planes et à fixer directement les extrémités libres des parties en S aux bossages du pont inférieur, par exemple en les encastrant elles aussi dans des trous, car ce sont ces parties de suspension qui, en limitant les forces de traction que les tiges exercent sur leurs supports lorsqu'elles sont soumises des flexions, permettent d'éviter leur déplacement. Another possibility would be not to provide flat parts and to directly fix the free ends of the S-shaped parts to the bosses of the lower deck, for example by embedding them also in holes, because it is these suspension parts which, by limiting the tensile forces that the rods exert on their supports when they are subjected to bending, make it possible to avoid their displacement.
Dans la pratique les capteurs que l'on utilise pour mesurer les dimensions d'un objet et notamment d'une pièce à usiner ne sont généralement pas unidimensionnels comme celui des figures 5 à 8 mais bidimensionnels ou tridimensionnels afin de permettre d'effectuer des mesures simultanément et/ou sélectivement selon deux ou trois axes de coordonnées rectangulaires. In practice, the sensors that are used to measure the dimensions of an object and in particular of a workpiece are generally not one-dimensional like that of FIGS. 5 to 8 but two-dimensional or three-dimensional in order to allow measurements to be made. simultaneously and / or selectively along two or three axes of rectangular coordinates.
La figure 10 montre schématiquement comment le dispositif de suspension du palpeur peut par exemple être réalisé dans le cas d'un capteur tridimensionnel. FIG. 10 schematically shows how the probe suspension device can for example be produced in the case of a three-dimensional sensor.
Ce dispositif de suspension comprend un premier pont 104, schématisé par une plaque plane, qui porte le palpeur 102 et qui est raccordé à un deuxième pont 106, schématisé de la même façon, par deux lames élastiques 108 et 110 pour constituer un premier paralle- lépipède déformable dans une première direction X. This suspension device comprises a first bridge 104, shown diagrammatically by a flat plate, which carries the probe 102 and which is connected to a second bridge 106, shown diagrammatically in the same way, by two elastic blades 108 and 110 to constitute a first paralle- the deformable epiped in a first direction X.
Le deuxième pont 106 est relié à son tour par deux autres lames élastiques 112 et 114 à la partie horizontale d'un troisième pont 116 coudé en L pour former un deuxième parallélépipède déformable dans une seconde direction Y orthogonale à la première. The second bridge 106 is in turn connected by two other elastic blades 112 and 114 to the horizontal part of a third bridge 116 bent in an L to form a second deformable parallelepiped in a second direction Y orthogonal to the first.
Enfin, la partie verticale du troisième pont 116 constitue avec deux dernières lames 118 et 120 et la partie également verticale d'un quatrième pont 122, lui aussi coudé en L, un troisième paralle lépipède déformable dans une troisième direction Z orthogonale aux deux autres. Finally, the vertical part of the third bridge 116 constitutes with two last blades 118 and 120 and the also vertical part of a fourth bridge 122, also bent in L, a third lepiped paralle deformable in a third direction Z orthogonal to the other two.
La partie horizontale du quatrième pont 122 est prévue, elle, pour la fixation du dispositif de suspension à un bati ou simplement à un support du capteur. The horizontal part of the fourth bridge 122 is provided for fixing the suspension device to a frame or simply to a support for the sensor.
Pour o#btenir un capteur tridimensionnel selon l'invention il suffit de compléter ce dispositif de suspension que l'on vient de décrire brièvement en ajoutant à Itintérieur de chaque parallélépipède déformable un transducteur de mesure et un générateur de force comme ceux du capteur de la figure 5 ainsi que les montants et les bossages qui permettent de les porter. To obtain a three-dimensional sensor according to the invention, it suffices to complete this suspension device which has just been described briefly by adding to the interior of each deformable parallelepiped a measuring transducer and a force generator like those of the sensor of the Figure 5 and the amounts and bosses that allow them to be worn.
Ceci dit, il est clair que l'invention n'est pas limitée au mode d'exécution que l'on a décrit ni aux variantes possibles que l'on a déjà envisagées. That said, it is clear that the invention is not limited to the embodiment which has been described nor to the possible variants which have already been envisaged.
Par exemple on pourrait très bien imaginer une autre variante dans laquelle les axes de pivotement des leviers ne seraient pas confondus mais seulement parallèles entre eux et dans laquelle une butée serait associée à chacun de ces leviers. Il suffirait pour cela de prévoir quatre goupilles au lieu de deux. For example one could very well imagine another variant in which the pivot axes of the levers would not be coincident but only parallel to each other and in which a stop would be associated with each of these levers. It would suffice for this to provide four pins instead of two.
Dans ce cas, plutôt que d'être engagées dans des gorges en V les goupilles qui forment les axes pourraient carrément traverser les leviers mais il faudrait alors veiller à ce que ceux-ci n'aient pas de jeu. In this case, rather than being engaged in V-shaped grooves, the pins which form the axes could squarely cross the levers but it would then be necessary to ensure that these have no play.
On pourrait également remplacer le ressort hélicoïdal de traction qui agit sur ces leviers par un ressort de torsion. We could also replace the coil tension spring which acts on these levers with a torsion spring.
Par ailleurs, rien n'empêche de faire porter les tiges flexibles par le pont supérieur du dispositif de suspension du palpeur et les autres éléments du générateur de force par le pont inférieur. Furthermore, nothing prevents the flexible rods from being carried by the upper bridge of the probe suspension device and the other elements of the force generator by the lower bridge.
En plus de cela on pourrait concevoir beaucoup d'autres formes d'exécution de ce générateur dans lesquelles les tiges flexibles seraient remplacées par des ressorts helicoldaux de traction ou de compression et/ou dans lesquelles -les pièces mobiles ne seraient plus des leviers mais des pièces capables de se déplacer lineairement dans la même direction que le palpeur. In addition to this we could conceive of many other embodiments of this generator in which the flexible rods would be replaced by helical tension or compression springs and / or in which -the moving parts would no longer be levers but parts capable of moving linearly in the same direction as the probe.
Enfin, il est évident que le dispositif de suspension pourrait lui aussi être différent. Finally, it is obvious that the suspension device could also be different.
Par exemple, on pourrait remplacer les lames élastiques par des plaques ou des cadres rigides reliés aux ponts par des articulations du genre à lames croisees, à billes ou autres. For example, the elastic blades could be replaced by rigid plates or frames connected to the bridges by joints of the kind with crossed blades, with balls or the like.
On pourrait aussi abandonner l'idée de parallélépipède déforma- ble et faire appel pour réaliser ce dispositif à des paliers rectilignes à roulements ou à air. We could also abandon the idea of a deformable parallelepiped and call to make this device with rectilinear rolling or air bearings.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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