FR2921476A1 - Etalon pour machine a mesurer tridimensionnelle et procede d'utilisation d'un etalon - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un étalon pour qualifier une machine de mesure tridimensionnelle, comprenant un premier composant (1) dont la forme a des dimensions certifiées pour servir de référence.Selon l'invention, le ladite forme a une surface réglée sur une courbe génératrice ondulatoire (11) présentant une première période spatiale (P) et une première amplitude spatiale (A).L'invention trouve application dans le domaine de la métrologie.

Description

"Etalon pour Machine à Mesurer Tridimensionnelle et procédé d'utilisation d'un étalon"

La présente invention concerne un étalon pour qualifier une machine de mesure tridimensionnelle. L'invention concerne aussi un procédé qui utilise cet étalon. De façon à garantir la robustesse de qualification, il convient d'évaluer les performances (justesse et erreur de mesure dynamique) d'une technologie d'une machine de mesure, hors de la définition détaillée du produit à mesurer. Il n'est pas évident d'avoir des pièces réelles couvrant la plage nécessaire à la validation à l'instant où des moyens de mesure sont réceptionnés. Ceci ne doit cependant pas nuire aux délais de validation. Les contrôles qualités sont complexes et il est utile de valider un processus visant à séparer la validation de la qualité de mesure et la validation de la qualité des logiciels de modélisation des caractéristiques, en d'autres termes de la capacité à mesurer. Les mesures relevées à l'état brut sont exportées et sont traitées par un outil externe. Les machines de mesure tridimensionnelle sont utilisées depuis longtemps déjà dans les industries mécaniques pour vérifier les dimensions des pièces produites. Le brevet américain US 5 134 782 divulgue par exemple une machine ayant deux axes de mesure linéaires et deux axes de mesure en rotation. Une sonde de mesure y est constituée par un palpeur qui est mis en contact avec une surface à mesurer.

La demande de brevet US 2003/0233760 divulgue un capteur optique qui est calibré au moyen d'un étalon avec trois degrés de liberté. L'étalon a une forme prédéterminée qui permet de calibrer la machine pour cette forme particulière.

L'optimisation de la production demande aussi d'augmenter les cadences de mesures pour vérifier la conformité des pièces produites. Des conditions de mesure peuvent être perturbées par exemple par des vibrations. Les demandes de brevet US 2005/0055839 et US 2007/056177 proposent des sondes de mesure dotées d'amortisseurs et de détecteurs à champs magnétiques. Dans la fonction de transfert de la chaîne de mesure, des constantes de temps sont introduites par les fonctions d'amortissements, par les phénomènes d'hystérésis ou par divers délais de transmission avec des répercutions sur le comportement dynamique de la machine. Avant de qualifier des pièces produites, le problème qui se pose est donc celui de qualifier la machine de mesure elle-même avec la meilleure robustesse. De façon à répondre au problème identifié dans l'état de la technique, l'invention a pour objet un étalon pour qualifier une machine de mesure tridimensionnelle. L'étalon comprend un premier composant dont la forme a des dimensions certifiées pour servir de référence. De façon remarquable ladite forme a une surface réglée sur une courbe génératrice ondulatoire présentant une première période spatiale et une première amplitude spatiale. L'étalon permet de vérifier la machine en termes de sensibilité et de précision, en effectuant dans un mode dit continu, un déplacement relatif à faible vitesse de l'étalon et d'une sonde de mesure dans un plan de la surface, perpendiculairement à la courbe génératrice. Un mode dynamique est obtenu en effectuant le déplacement à vitesse plus élevée et constante. La vitesse de déplacement relatif conjuguée à la période spatiale des ondulations de surface, génère alors une fréquence temporelle dont la mesure est représentative de la fonction de transfert dynamique de la chaîne de mesure. La surface réglée peut être plane mais alors de dimension suffisante en fonction de la vitesse constante à atteindre à cause des phénomènes transitoires pendant la montée puis la descente en vitesse.

Avantageusement ladite forme de l'étalon est la tranche d'un disque qui a un nombre d'ondulations par tour et un diamètre prédéterminés de façon à définir ladite première période spatiale.

On obtient ainsi une surface infinie dans un sens de déplacement selon la circonférence du disque. Il n'existe plus de limite à une vitesse constante élevée, imposée par une durée de montée et de descente en vitesse qui génère des phénomènes transitoires.

Avantageusement aussi, l'étalon comprend au moins un deuxième composant dont la forme a une surface réglée sur une deuxième courbe génératrice ondulatoire présentant une deuxième période spatiale et une deuxième amplitude spatiale.

En mode continu, une deuxième période spatiale de valeur distincte de la première période spatiale, permet de vérifier différemment la machine en termes de sensibilité et de précision dans le plan de la surface, une deuxième amplitude spatiale de valeur distincte de la première amplitude spatiale, permet de vérifier différemment la machine en termes de sensibilité et de précision perpendiculairement au plan de la surface. Selon le but recherché, la distinction de valeur peut porter sur à la foi ou sur l'une ou l'autre de la période et de l'amplitude. De plus, lorsqu'on s'est affranchi des limites de vitesse atteignables au moyen des disques, on peut définir un spectre plus large et plus dense tant en termes de fréquences qu'en termes d'amplitudes. Particulièrement, l'étalon comprend tout ou partie d'un ensemble de disques dont l'amplitude spatiale et le nombre d'ondulations par tour ont respectivement pour valeur 3 m et 160, 2 m et 120, 6 m et 120, 5 m et 80, 30 m et 80. Plus particulièrement le diamètre de disque est 35 égal à 50 mm. L'invention a aussi pour objet un procédé pour qualifier une machine de mesure tridimensionnelle équipée d'une sonde de mesure au moyen d'un étalon comprenant un premier composant dont la forme a des dimensions certifiées pour servir de référence. De façon remarquable, le procédé comprend : - une première étape consistant à positionner la sonde au niveau du dit composant, la forme du dit composant ayant une surface réglée sur une courbe génératrice ondulatoire présentant une première période spatiale et une première amplitude spatiale; une deuxième étape consistant à mesurer des variations de ladite surface au moyen de la sonde dans un déplacement relatif perpendiculaire à une ligne médiane de la courbe génératrice ; - une troisième étape consistant à exploiter les variations de surface mesurées de façon à optimiser le fonctionnement de la machine de mesure tridimensionnelle. Avantageusement, le procédé est mis en oeuvre avec un composant d'étalon dont la forme est la tranche d'un disque qui a un nombre d'ondulations par tour et un diamètre prédéterminés qui définissent la première période spatiale et en ce que ledit déplacement relatif est effectué dans la deuxième étape en faisant tourner l'étalon à vitesse angulaire constante autour d'un axe passant par le centre du disque.

Avantageusement aussi, le procédé est mis en oeuvre en répétant la première et la deuxième étape avant ou avec la troisième étape. Dans la première étape répétée, on positionne alors la sonde au niveau d'au moins un deuxième composant dont la forme a une surface réglée sur une deuxième courbe génératrice ondulatoire présentant une deuxième période spatiale et une deuxième amplitude spatiale. Particulièrement le procédé est mis en oeuvre avec un étalon qui comprend tout ou partie d'un ensemble de disques dont l'amplitude spatiale et le nombre d'ondulations par tour ont respectivement pour valeur 3 m et 160, 2 m et 120, 6 m et 120, 5 m et 80, 30 m et 80. Plus particulièrement, le procédé est mis en oeuvre en répétant le déplacement relatif dans la deuxième étape avec une valeur modifiée de la vitesse angulaire constante pour chaque déplacement relatif de façon à obtenir des variations de mesures temporelles à différentes fréquences, chaque fréquence étant fonction de la vitesse angulaire constante et du nombre d'ondulations par tour. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant deux modes de réalisation de l'invention et dans lesquels : La figure 1 est une vue de face d'un étalon conforme à l'invention ; La figure 2 est une vue d'un composant de l'étalon représenté sur la figure 1 ; La figure 3 est une vue schématique de machine de mesure tridimensionnelle ; et La figure 4 représente des étapes de procédé d'utilisation d'un étalon conforme à l'invention. En référence à la figure 1, un étalon de mesure est constitué d'un cylindre dont différentes sections sont équivalentes à un empilement de disques 1, 2, 3, 4, 5. De préférence, le matériau de l'étalon est un corps en acier avec revêtement nickel. Chaque disque a une tranche d'épaisseur par exemple égale à 5 mm et séparé d'un disque voisin par une rainure d'épaisseur égale par exemple à 1 mm. A titre purement illustratif et non limitatif, le diamètre du cylindre au niveau de chaque disque est de 50 mm et le diamètre du cylindre au niveau de chaque rainure est de 45 mm. L'empilement des disques 1, 2, 3, 4, 5 est réalisé selon la technologie employée, par usinage dans la masse d'un corps cylindrique de hauteur 94 mm ou par un empilement en tant que tel de disques usinés séparément. L'empilement est compris entre deux sections cylindriques 6 et 8, par exemple de diamètre égal à 49 mm. Sous la section cylindrique 6 on observe une section cylindrique 7 prévue pour fixer le cylindre dans un mandrin. L'axe de révolution du cylindre passe par le centre 12 de chaque disque. On observe un creux conique 9 au sommet de la section cylindrique 8 et un creux conique 10 à la base de la section cylindrique 7 qui permettent de caler l'étalon entre deux pointes dans le cas où on dispose du dispositif de fixation à pointes plutôt que de dispositif de fixation à mandrin. Les creux coniques 9 et 10 sont concentriques aux cylindres.

La figure 2 est une représentation en coupe de l'un des cylindres 1, 2, 3, 4 ou 5. La tranche du cylindre est sous forme de surface réglée sur une courbe génératrice ondulatoire 11 qui parcourt l'ensemble de la circonférence du cylindre avec une période spatiale P. La surface réglée réalise des bords et des creux parallèles d'amplitude A entre chaque bord et chaque creux de part et d'autre d'une ligne médiane 5. En référence à la figure 3, une machine à mesurer tridimensionnelle 13 comprend une sonde de mesure 14 montée sur un bras mobile 15 qu'il est possible de déplacer horizontalement sur une longueur lambda. Le bras mobile 15 est lui-même monté sur une potence 16 de façon à être mobile verticalement sur une longueur . Dans l'exemple de machine représentée sur la figure 3, un plateau 17 mobile de rotation est entraîné par un moteur 18. Une régulation en vitesse du moteur 18, non représentée, permet de servir la vitesse de rotation du plateau mobile 17 sur différentes consignes de valeur fixe. Une pointe 19 au centre du plateau 17 est surmontée à la verticale d'une pointe 20 fixée sur un support 21. Les pointes 19 et 20 permettent de fixer l'étalon sur le plateau mobile 17 par introduction dans les creux coniques 9 et 10. La rotation du plateau mobile 17 permet un déplacement relatif entre la sonde de mesure 14 et l'étalon. Selon les machines, le déplacement relatif peut être obtenu de différentes manières, par exemple l'étalon étant fixé rigidement en rotation, c'est la potence 16 qui tourne autour du cylindre. La figure 4 montre des étapes de procédé pour qualifier une machine de mesure tridimensionnelle qui illustre une utilisation de l'étalon selon l'invention.

Chaque disque 1, 2, 3, 4, 5 constitue un composant de l'étalon dont la forme précédemment expliquée en référence aux figures 1 et 2, a des dimensions certifiées qui servent de référence pour qualifier la machine de mesure tridimensionnelle 13 au moyen de la sonde de mesure 14. A titre illustratif, le disque 1 a 160 ondulations par tour d'amplitude certifiée 3 microns, le disque 2 a 120 ondulations par tour d'amplitude certifiée 2 microns, le disque 3 a 120 ondulations par tour d'amplitude certifiée 6 microns, le disque 4 a 80 ondulations par tour d'amplitude certifiée 5 microns, le disque 5 a 80 ondulations par tour d'amplitude certifiée 30 microns. Chaque disque a un diamètre certifié de valeur 50 mm de façon à ce que chaque nombre d'ondulations par tour définisse de façon certifiée la période spatiale P. Dans une étape initiale 100, l'étalon est monté sur le plateau mobile 17 de la machine 13 à qualifier. Dans une étape 101, on choisit un profil de mesure en déterminant lequel des disques 1, 2, 3, 4, 5, constitue le composant de l'étalon au niveau duquel est positionnée la sonde de mesure. Dans une étape 102, le bras 15 est monté de façon à positionner la sonde au niveau du composant choisi. Si la sonde de mesure est un capteur optique, le bras 15 est déplacé horizontalement jusqu'à positionner la tête de la sonde à une distance adéquate de l'étalon. Si la sonde de mesure 14 est un palpeur, le bras mobile 15 est déplacé horizontalement jusqu'à mettre la sonde de mesure en contact avec une légère pression sur le composant choisi de l'étalon. La légère pression a la valeur qui permet à la tête du palpeur de rester en contact avec la surface d'un cylindre tant dans les creux que sur les bosses et sans dommages. Dans une étape 103, on définit une consigne de déplacement relatif de la sonde 14 par rapport à la surface de l'étalon de façon tangentielle à une surface virtuelle définie par la ligne médiane 5 de la courbe génératrice. Dans le cas représenté sur la figure 3, ce déplacement relatif est obtenu par variation angulaire de positionnement du plateau mobile 17. Pour des mesures en mode continu, la consigne est une succession d'angles.

Pour des mesures en mode dynamique, la consigne est une vitesse de rotation constante. Dans une étape 104, le moteur 18 est mis en rotation sur la valeur de consigne déterminée dans l'étape 103. La mise en rotation de l'étalon provoque un déplacement relatif de la surface au point d'impact de la sonde dans une direction perpendiculaire à la ligne médiane 5 de la courbe génératrice. Si la sonde est un palpeur, la variation de surface est mesurée par déplacement du palpeur lui-même. Si la sonde est un capteur optique, la variation de surface est mesurée par la différence de distance parcourue par un rayon lumineux issue du capteur optique. Dans une étape 105, on décide de répéter les étapes 101 à 104 pour positionner la sonde au niveau d'un deuxième composant de l'étalon. On peut aussi décider de passer à une étape d'analyse des mesures. L'analyse des mesures est faite dans une étape 106. L'analyse des mesures consiste à comparer un profil de surface mesurée avec les dimensions certifiées de l'étalon qui sont connues. Si la courbe génératrice 11 est une sinusoïde comme représenté en figure 2, le nombre d'ondulations par tour conjugué à la vitesse angulaire constante de rotation de l'étalon, génère une fréquence temporelle dont la mesure reflète la fonction de transfert de la chaîne de mesure pour cette fréquence. Si la courbe génératrice est une fonction ondulatoire différente d'une sinusoïde, on obtient un spectre de fréquence qui résulte de la transformée de Fourier de la fonction ondulatoire. En faisant tourner un même disque à différentes vitesses constantes ou en utilisant différents disques à même vitesse constante mais avec un nombre d'ondulations par tour différent, on obtient un spectre de fréquences temporelles. L'atténuation de l'amplitude mesurée par rapport à l'amplitude réelle A, pour chaque fréquence temporelle permet de déterminer le gain de la chaîne de mesure à cette fréquence et ainsi de calculer la fonction de transfert de la chaîne de mesure.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Etalon pour qualifier une machine de mesure tridimensionnelle, comprenant un premier composant (1) dont la forme a des dimensions certifiées pour servir de référence, caractérisé en ce que ladite forme a une surface réglée sur une courbe génératrice ondulatoire (11) présentant une première période spatiale (P) et une première amplitude spatiale (A).

2. Etalon selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite forme est la tranche d'un disque (1) qui a un nombre d'ondulations par tour et un diamètre prédéterminés de façon à définir ladite première période spatiale.

3. Etalon selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un deuxième composant (2, 3, 4, 5) dont la forme a une surface réglée sur une deuxième courbe génératrice ondulatoire présentant une deuxième période spatiale (P') et une deuxième amplitude spatiale (A').

4. Etalon selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend tout ou partie d'un ensemble de disques (1, 2, 3, 4,

5) dont l'amplitude spatiale et le nombre d'ondulations par tour ont respectivement pour valeur 3 m et 160, 2 m et 120, 6 m et 120, 5 m et 80, 30 m et 80. 5. Etalon selon la revendication 2 ou 4, caractérisé en ce que chaque diamètre est égal à 50 mm.

6. Procédé pour qualifier une machine de mesure tridimensionnelle (13) équipée d'une sonde de mesure (14) au moyen d'un étalon comprenant un premier composant (1, 2, 3, 4, 5) dont la forme a des dimensions certifiées pour servir de référence, caractérisé en ce qu'il comprend : -une première étape (101, 102) consistant à positionner la sonde au niveau du dit composant, la formedu dit composant ayant une surface réglée sur une courbe génératrice ondulatoire (11) présentant une première période spatiale (P) et une première amplitude spatiale (A) ; - une deuxième étape (103, 104) consistant à mesurer des variations de ladite surface au moyen de la sonde (14) dans un déplacement relatif perpendiculaire à une ligne médiane (5) de la courbe génératrice ; - une troisième étape (105, 106) consistant à exploiter les variations de surface mesurées de façon à optimiser le fonctionnement de la machine de mesure tridimensionnelle et à évaluer sa qualité.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite forme est la tranche d'un disque qui a un nombre d'ondulations par tour et un diamètre prédéterminés qui définissent ladite première période spatiale et en ce que ledit déplacement relatif est effectué dans la deuxième étape en faisant tourner l'étalon à vitesse angulaire constante autour d'un axe passant par le centre (12) du disque.

8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la première et la deuxième étape sont répétées avant ou avec la troisième étape en positionnant dans la première étape, la sonde au niveau d'au moins un deuxième composant dont la forme a une surface réglée sur une deuxième courbe génératrice ondulatoire présentant une deuxième période spatiale (P') et une deuxième amplitude spatiale (A').

9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étalon comprend un ensemble de disques dont l'amplitude spatiale et le nombre d'ondulations par tour ont respectivement pour valeur 3 m et 160, 2 m et 120, 6 m et 120, 5 m et 80, 30 m et 80.

10. Procédé selon la revendication 7 ou 9, caractérisé en ce que le déplacement relatif est répété dans la deuxième étape en modifiant la valeur de la vitesse angulaire constante pour chaque déplacementrelatif de façon à obtenir des variations de mesures temporelles à différentes fréquences, chaque fréquence étant fonction de la vitesse angulaire constante et du nombre d'ondulations par tour.5