WO1994027114A1 - Dispositif de mesure de rectitude - Google Patents

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WO1994027114A1
WO1994027114A1 PCT/FR1994/000546 FR9400546W WO9427114A1 WO 1994027114 A1 WO1994027114 A1 WO 1994027114A1 FR 9400546 W FR9400546 W FR 9400546W WO 9427114 A1 WO9427114 A1 WO 9427114A1
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WO
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sensors
rail
straightness
rule
measuring device
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PCT/FR1994/000546
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Inventor
Jean-Louis Delastre
Original Assignee
Exa Ingenierie
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/28—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/34—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B7/345—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces for measuring evenness

Definitions

  • the present invention relates to straightness measuring devices, in particular for measuring the straightness of a rail at its weld.
  • FIG. 1 very schematically represents a conventional device for measuring rail straightness.
  • This is a device known as the GEISMAR rule.
  • This device includes a chassis, not shown, provided with two feet 10 which are placed on a rail 12.
  • a toothed belt 14 is stretched between two pulleys 16 and 17 parallel to the rails 12.
  • One of the pulleys, 16, is provided with a crank 16 -1 allowing to drive, parallel to the rails 12, a carriage 18 fixed to the belt 14.
  • the carriage 18 is guided by slides, not shown, which must be manufactured with great care because their straightness must be particularly precise.
  • the carriage 18 is provided with a probe 18-1 urged elastically towards the rail 12.
  • a probe 18-1 urged elastically towards the rail 12.
  • an operator actuates the crank 16-1 to move the carriage 18 from one pulley to the other.
  • a stylus not shown, actuated by the probe 18-1 via a link system, traces the profile of the rail on a strip of unrolled paper while the carriage 18 moves.
  • a first drawback of this device is that it is particularly heavy (it takes at least two people to transport it) because, to guarantee suitable precision, it is rigid in construction, which requires the use of massive steel parts.
  • Another object of the present invention is to provide such a device which is particularly practical to use.
  • a device for measuring the straightness of a conductive object comprising a plurality of non-contact distance sensors aligned along an axis of a ruler to be placed on the object, and means of communication of the measurements provided by each sensor.
  • the sensors are capacitive sensors.
  • the rule comprises at each end a shim to be placed on the object, at least one of which is conductive and provides the object with an electrical signal necessary for the operation of the capacitive sensors.
  • the capacitive sensors are produced on rectangular printed circuits comprising on a face opposite to that where the sensors are made of surface-mount electronic circuits intended to process the signals from the sensors.
  • the device comprises means for displaying in a coordinate system the amplitudes of the measurements supplied by the sensors as a function of the respective positions of the sensors.
  • said object is a rail.
  • each end of the rule is removably attached to a block which includes jaws intended to clamp the rail while aligning the axis of the sensors on the axis of the rail, means being further provided for, once the blocks are fixed on the rail, reposition the ruler laterally so as to be able to measure the straightness of a side of the rail at a predetermined position.
  • the capacitive sensors are formed by the central part of aligned rings engraved on a layer of copper on the printed circuits, the copper remaining outside the rings playing the role of guard rings. .
  • the printed circuits are held in two internal internal grooves of a U-shaped portion of the rule, one of the sides of each groove being straight and serving as a support for the printed circuits. and the other of the sides of each groove being inclined so as to come into contact with the printed circuit without the latter reaching the bottom of the groove.
  • Clamping means are provided to bring the two flanks closer to the "U" portion.
  • FIG. 1, previously described, represents a positive device. conventional portable rail straightness measurement
  • FIG. 2 represents an embodiment of a portable device for measuring the straightness of a conductive object according to the present invention
  • FIG. 3 schematically represents an architecture of an information processing circuit supplied by distance sensors used in the device according to the invention
  • FIG. 4 represents capacitive distance sensors produced on printed circuit
  • 5 shows a rule for maintaining a set of printed circuits of the type of that of Figure 4;
  • FIG. 1 previously described, represents a positive device. conventional portable rail straightness measurement
  • FIG. 2 represents an embodiment of a portable device for measuring the straightness of a conductive object according to the present invention
  • FIG. 3 schematically represents an architecture of an information processing circuit supplied by distance sensors used in the device according to the invention
  • FIG. 4 represents capacitive distance sensors produced on printed circuit
  • 5 shows a rule for maintaining a set of printed circuits of the type of that of Figure 4
  • FIG. 1 represents a positive device. conventional portable rail straightness measurement
  • FIG. 2 represents an embodiment
  • FIG. 6 represents an external perspective view of an embodiment of a measuring device according to the invention
  • Figure 7 shows a sectional view of the device of Figure 6 placed on a rail, a second position of an element of the device being shown in dotted lines.
  • FIG. 2 schematically represents a device for measuring straightness according to the invention placed above a weld 12-1 of a rail 12.
  • This device comprises an elongated part 20, hereinafter rule, provided on its underside a plurality of non-contact distance sensors 22, for example inductive or capacitive, aligned along an axis corresponding to the axis along which the straightness is to be measured.
  • Contactless sensors can be used thanks to the fact that the rail 12 is electrically conductive.
  • the measuring device further comprises a housing
  • the display 24 provided with a screen 24-1 making it possible to display, thanks to the electronic circuits described later, the measurements provided by each of the sensors 22.
  • the display takes place in a coordinate system where the the values of the measurements are represented as a function of the positions of the corresponding sensors.
  • the difference between sensors 22 is constant according to one embodiment. It could also be variable in other embodiments; it is possible to have more sensors per unit of length in the center of the rule 20 in order to raise the profile of the rail more precisely at the level of the weld 12-1.
  • the coordinate axis assigned to the positions of the sensors is then graduated accordingly on display 24-1.
  • the rule 20 is provided at each end with a wedge 26 to be placed on the rail 12.
  • These wedges are made of a hard material, for example metal carbide, to minimize their wear during the many uses of the device.
  • Such a measuring device is particularly easy to produce because it is not necessary to position the sensors 22 with great precision, in particular perpendicular to the rail 12.
  • the sensors 22 are managed by a microprocessor (which is the easiest way to do this) which, on request, runs a calibration program to store values of correction for each sensor 22.
  • a microprocessor which is the easiest way to do this
  • the positions of the sensors 22 have been modified following a shock, for example, it suffices to rerun the calibration program.
  • the measuring device according to the invention does not have heavy parts.
  • a measuring device is particularly light and portable by a single person (for a measuring length of approximately 1 m, the device weighs approximately 8 kg).
  • a device according to the invention is particularly practical to use since the micr ⁇ prO ⁇ esseur performs most of the measurement steps. The user only has to press a button to view the rail profile.
  • FIG. 3 schematically represents an embodiment of the architecture of the sensor management circuit 22 of the capacitive type.
  • capacitive sensors are chosen because they make it possible to provide an amplitude signal proportional to the distance measured.
  • the same elements as in FIG. 2 are designated by the same references.
  • Each sensor 22 consists of a metal plate surrounded by a guard ring 22-1 which is connected to a reference potential. The plates 22 are arranged close to and parallel to the rail 12 to be measured.
  • Each plate 22 is connected to a terminal with an adjustable capacity C and to the input of a differential amplifier 28, another input of which is connected to the guard ring. Capacities C are adjusted once and for all during manufacture.
  • the outputs of the amplifiers 28 are supplied to an analog multiplexer 30 which switches only one of the outputs of these amplifiers 28 to the input of an amplifier 32.
  • the multiplexer 30 is controlled by a microprocessor 34.
  • the output of the amplifier 32 is supplied to a demodulator 36, another input of which receives a sinusoidal signal supplied by a generator 38.
  • the output of the demodulator 36 is supplied to a filter 40 which supplies a practically continuous voltage Vd corresponding to the distance measured by the sensor 22 selected by the multiplexer 30.
  • the voltage Vd is applied to a modulator 42 whose other input receives the sinusoidal signal supplied by the generator 38.
  • the generator 38 also supplies the adjustable capacitors C.
  • the rail 12 receives the output of the demodulator 42 , which is connected to one of the shims 26 on which the measuring device is placed.
  • one aspect of the invention is to group the amplifier 32, the demodulator 36, the generator 38, the filter 40 and the modulator 42 for all of the sensors 22 which may be in high number. These elements being grouped together being the most costly in a capacitive measurement system, significant savings are made.
  • the output Vd of the filter 40 is supplied to an analog / digital converter 44 connected to the central unit 34.
  • the microprocessor 34 is further associated with a memory 46 (ROM ROM and RAM), with a keyboard 48 and in the above-mentioned screen 24-1, which is for example a liquid crystal matrix display.
  • a user presses a specific key on the keyboard 48.
  • a program stored in ROM memory, is then executed by the microprocessor 34.
  • This program successively selects the sensors 22, reads the corresponding Vd values supplied by the converter 44, and stores these values in RAM memory. Then, or simultaneously, the values read are corrected by values stored in a non-volatile memory, for example during a calibration step, and displayed adequately on the screen 24-1.
  • the measured values can be displayed in a coordinate system as a function of the relative positions of the respective sensors, which directly gives the profile of the measured rail.
  • the microprocessor 34 can also perform numerous operations on the stored values, for example smoothing or any other operation deemed useful.
  • a calibration therefore consists in memorizing the values A and B for each sensor. To do this, we proceed as follows.
  • a first calibration phase is carried out with the rule placed directly on a conductive reference plane.
  • This plane can be a steel plate of precise flatness.
  • the reference plane is a body of water whose flatness has the advantage of being perfect. It is possible, according to the invention, to use a water body as a reference plane because the sensors are non-contact, that is to say that they do not disturb the surface of the water which stays perfectly flat.
  • the wedges 26 are then placed on metal pillars which bathe in the water. The user then selects, by pressing a specific key, this first calibration phase.
  • the microprocessor performs a first series of measurements by measuring the voltages Vd for each sensor 22, these voltages Vd corresponding to distances d assumed to be zero.
  • a second calibration phase is then carried out which consists in placing the rule on the reference plane by placing reference blocks of known height between the reference plane and the blocks 26.
  • the user selects the second calibration phase which consists in carrying out a second series of measurements by memorizing the voltages Vd, which then correspond to distances d equal to the height of the reference blocks.
  • Vd voltages
  • the microprocessor calculates and stores the coefficients A and B for each sensor.
  • FIG. 4 represents an embodiment of a set of sensors 22. These sensors are produced on one face of a rectangular printed circuit 50.
  • the sensors 22 are formed by etching in the copper layer of one of the faces of the printed circuit of the rings whose internal zones constitute the sensors 22. The remaining copper surface constitutes the set of guard rings 22-1.
  • FIG. 5 represents an embodiment of a measurement rule according to the invention, that is to say the part serving as support for the sensor 22. This rule is formed from a profile comprising a part 20-0 to inverted "U" section.
  • One or more printed circuits 50 of the type of FIG. 4 are slid into internal grooves 20-1 of the sides of the U-shaped part, near the lower part.
  • each groove 20-1 is horizontal and serves as a reference surface and as a support for the printed circuit 50.
  • the other side of the grooves 20-1 is inclined so that the printed circuit 50 is supported on the two sides of the grooves without however reaching the bottoms of the grooves.
  • Screws 52 distributed over the length of the rule, pass through one of the sides of the U-shaped part and are screwed into the other side. By tightening these screws 52, the two sides of the U-shaped part approach and jam the printed circuit 50 in the grooves 20-1, the inclined sides of these grooves press the printed circuit 50 on the reference plane formed by the right sides of the grooves.
  • it includes an ascending part 20-2 so that the rule has a section in "h". This ascending part may have a folded end, as shown, which is used to fix elements such as printed circuits.
  • the printed circuit 50 is provided, on its internal face, with components mounted on the surface 54, such as, for example, the amplifiers 28 and the capacitors C of FIG. 3. To perform rail straightness measurements, it is advisable to choose a rule about a meter long. Since it is diffi ⁇ cult to produce printed circuits of such a dimension, the printed circuit 50 is subdivided into, for example, five printed circuits 20 cm long. Each printed circuit 50 is provided with a surface-mounted connector making it possible to connect the outputs of the amplifiers 28 and the common connection of the capacitors C to a printed circuit, not shown, comprising the other elements of FIG. 3. The connectors of the printed circuits 50 are accessible through openings 20-3 made in the U-shaped part 20-0.
  • FIG. 6 represents a perspective view of an external embodiment of the straightness measuring device according to the invention.
  • the housing 24 of this device is generally elongated parailITApi conclusionsdique.
  • Handles 62 are provided in three lateral recesses of the housing 24, one recess being located at the central part and the other two at the end parts.
  • the screen 24-1 mentioned above is arranged between an extreme recess and the central recess, and the keyboard 48 is arranged between the central recess and the other extreme recess.
  • Each end of the device is provided with a removable fixing block 64 including a quick mounting system on a rail or other profile.
  • the housing 24 has an inverted "U" section closed at its lower part by a plate 65.
  • the rule 20 is fixed by its longer part on a side of the housing 60, on the side opposite to the handle 62.
  • the shims d 'support 26, only one of which is visible in Figure 7, are fixed at the respective ends of the rule 20.
  • the wedges 26 are supported on a rail 12 and are electrically isolated from the rest of the device because one of they or both, as mentioned above, transmit an electrical signal to the rail 12 used to perform the distance measurements.
  • the block 64 comprises, below the rule 20, a housing for the rail 12 provided with jaws 66. These jaws 66 allow, using a mechanical or hydraulic control, not shown, to tighten the rail 12 for fixing the device on the rail while centering the rule 20 on the axis of the rail in order to carry out a measurement at the appropriate place.
  • the blocks 64 are removable. By actuating a mechanical control, the housing 24 of the measuring device can be detached from the blocks 64 which remain fixed on the rail. This possibility is provided so that the housing 24 can be repositioned according to the dotted representation to perform a straightness measurement of the side of the rail 12.
  • the end of the housing 24 includes a groove 24-2 provided for sliding on a lug 64-1 of the block 64 and maintain the housing 24 in an adequate position.
  • the straightness measuring device according to the present invention has been described in the context of the straightness measurement of rails. Of course, the invention applies to the measurement of straightness of any conductive object, even in a bad conductive material, such as water, graphite ...

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de mesure de rectitude d'un objet conducteur (12), comprenant une pluralité de capteurs de distance (22) sans contact alignés selon un axe d'une règle (20) à poser sur l'objet. Des moyens (24-1) sont prévus pour communiquer les mesures fournies par chaque capteur.

Description

DISPOSITIF DE MESURE DE RECTITUDE
La présente invention concerne les dispositifs de mesure de rectitude, en particulier pour mesurer la rectitude d'un rail au niveau de sa soudure.
Il existe, en laboratoire, de nombreuses manières de mesurer ou contrôler la rectitude d'un objet. Ces méthodes mettent en oeuvre des systèmes trop complexes ou trop volumineux pour qu'on les utilise en dehors du laboratoire, par exemple pour mesurer sur place la rectitude d'un rail, ou bien de tout autre objet fixe ou trop encombrant pour le transporter dans un laboratoire de mesure.
Il est important, après la soudure et le meulage d'un rail, de contrôler la rectitude de celui-ci pour s'assurer que des déformations trop importantes ne risquent pas d'entraîner des vibrations lors du passage d'un train. La figure 1 représente très schématiquement un dispo¬ sitif classique de mesure de rectitude de rail. Il s'agit d'un dispositif dit règle GEISMAR. Ce dispositif comprend un châssis, non représenté, muni de deux pieds 10 que l'on pose sur un rail 12. une courroie crantée 14 est tendue entre deux poulies 16 et 17 parallèlement aux rails 12. L'une des poulies, 16, est munie d'une manivelle 16-1 permettant d'entraîner, parallèlement aux rails 12, un chariot 18 fixé à la courroie 14. Le chariot 18 est guidé par des glissières, non représentées, qui doivent être fabriquées avec grand soin car leur rectitude doit être particu¬ lièrement précise. Le chariot 18 est muni d'un palpeur 18-1 sollicité élastiquement vers le rail 12. Pour mesurer la rectitude du rail 12, notamment au niveau d'une soudure 12-1, un opérateur actionne la manivelle 16-1 pour déplacer le chariot 18 d'une poulie vers l'autre. Au cours du déplacement, un stylet, non représenté, actionné par le palpeur 18-1 par l'intermédiaire d'un système à biellettes, trace le profil du rail sur une bande de papier déroulée tandis que le chariot 18 se déplace.
Un premier inconvénient de ce dispositif est qu'il est particulièrement lourd (il faut au moins deux personnes pour le transporter) car, pour garantir une précision convenable, il est de construction rigide, ce qui néαessite l'utilisation de pièces massives en acier.
Un autre inconvénient d'un tel dispositif est qu'il est particulièrement fragile, c'est-à-dire qu'il peut vite perdre sa précision, par exemple par suite à des chocs ou du fait qu'il a été disposé dans une position bancale au cours de son transport ou de son stockage. Une fois qu'un tel dispositif a perdu sa précision, il est pratiquement impossible de le cor¬ riger. Il faut alors établir un profil étalon de l'appareil que l'on doit soustraire à chaque profil relevé d'un rail pour obtenir le profil réel du rail.
Un objet de la présente invention est de prévoir un dispositif portable de mesure de rectitude d'un objet conduc¬ teur, notamment d'un rail, qui soit particulièrement léger et facile à transporter. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel dispositif qui soit particulièrement facile à étalonner même après une déformation Importante.
Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel dispositif qui soit particulièrement pratique à utiliser.
Ces objets sont atteints grâce à un dispositif de mesure de rectitude d'un objet conducteur, comprenant une plura¬ lité de capteurs de distance sans contact alignés selon un axe d'une règle à poser sur l'objet, et des moyens de communication des mesures fournies par chaque capteur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les capteurs sont des capteurs capacitifs. La règle comporte à chaque extrémité une cale à poser sur l'objet, dont l'une au moins est conductrice et fournit à l'objet un signal électrique nécessaire au fonctionnement des capteurs capacitifs.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les capteurs capacitifs sont réalisés sur des circuits imprimés rectangulaires comportant sur une face opposée à celle où sont réalisés les capteurs des circuits électroniques à montage en surface destinés à exploiter les signaux des capteurs.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comprend des moyens pour afficher dans un système de coordonnées les amplitudes des mesures fournies par les capteurs en fonction des positions respectives des capteurs. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit objet est un rail.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque extrémité de la règle est fixée de façon amovible à un bloc qui comprend des mâchoires destinées à serrer le rail tout en alignant l'axe des capteurs sur l'axe du rail, des moyens étant en outre prévus pour, une fois que les blocs sont fixés sur le rail, repositionner la règle latéralement de manière à pouvoir mesurer la rectitude d'un flanc du rail à une position prédéterminée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les capteurs capacitifs sont formés par la partie centrale d'anneaux alignés gravés sur une couche de cuivre des circuits imprimés, le cuivre restant à l'extérieur des anneaux jouant le rôle d'anneaux de garde.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les circuits imprimés sont maintenus dans deux rainures opposées internes d'une partie en "U" de la règle, l'un des flancs de chaque rainure étant droit et servant d'appui aux circuits imprimés et l'autre des flancs de chaque rainure étant incliné de manière à entrer en contact avec le circuit imprimé sans que celui-ci atteigne le fond de la rainure. Des moyens de serrage sont prévus pour rapprocher les deux flancs de la partie en "U".
Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, précédemment décrite, représente un dis¬ positif portable classique de mesure de rectitude d'un rail ; la figure 2 représente un mode de réalisation de dis¬ positif portable de mesure de rectitude d'un objet conducteur selon la présente invention ; la figure 3 représente schématiquement une architec¬ ture de circuit d'exploitation d'informations fournies par des capteurs de distance utilisés dans le dispositif selon l'inven¬ tion ; la figure 4 représente des capteurs de distance capa¬ citifs réalisés sur circuit imprimé ; la figure 5 représente une règle de maintien d'un ensemble de circuits imprimés du type de celui de la figure 4 ; la figure 6 représente une vue externe en perspective d'un mode de réalisation de dispositif de mesure selon l'inven¬ tion ; et la figure 7 représente une vue en coupe du dispositif de la figure 6 placé sur un rail, une deuxième position d'un élément du dispositif étant représentée en pointillés. La figure 2 représente schématiquement un dispositif de mesure de rectitude selon l'invention posé au-dessus d'une soudure 12-1 d'un rail 12. Ce dispositif comprend une pièce allongée 20, ci-après règle, munie à sa face inférieure d'une pluralité de capteurs de distance 22 sans contact, par exemple inductifs ou capacitifs, alignés selon un axe correspondant à l'axe selon lequel on veut mesurer la rectitude. On peut utiliser des capteurs sans contact grâce au fait que le rail 12 est conducteur d'électricité. Le dispositif de mesure comprend en outre un boîtier
24 muni d'un écran 24-1 permettant d'afficher grâce à des cir¬ cuits électroniques décrits ultérieurement les mesures fournies par chacun des capteurs 22. De préférence, l'affichage s'effec¬ tue dans un système de coordonnées où l'on représente les valeurs des mesures en fonction des positions des capteurs cor¬ respondants. L'écart entre capteurs 22 est constant selon un mode de réalisation. Il pourrait aussi être variable dans d'autres modes de réalisation ; on peut disposer davantage de capteurs par unité de longueur au centre de la règle 20 pour relever avec davantage de précision le profil du rail au niveau de la soudure 12-1. L'axe de coordonnées affecté aux positions des capteurs est alors gradué en conséquence sur l'affichage 24-1.
La règle 20 est munie à chaque extrémité d'une cale 26 à poser sur le rail 12. Ces cales sont en un matériau dur, par exemple en carbure métallique, pour minimiser leur usure au cours des nombreuses utilisations du dispositif.
Un tel dispositif de mesure est particulièrement facile à réaliser car il n'est pas nécessaire de positionner les capteurs 22 avec une grande précision, notaπment perpendiculai¬ rement au rail 12. En effet, comme on le verra ultérieurement, les capteurs 22 sont gérés par un microprocesseur (ce qui est la façon la plus simple de procéder) qui, sur demande, exécute un programme d'étalonnage permettant de mémoriser des valeurs de correction pour chaque capteur 22. Ainsi, si l'on craint que les positions des capteurs 22 aient été modifiées à la suite d'un choc, par exemple, il suffit de réexécuter le programme d'éta¬ lonnage. En outre, du fait qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des organes mécaniques de précision devant supporter des efforts et une usure dans le temps (glissières de chariot dans le dispositif de la figure 1), le dispositif de mesure selon l'invention ne comporte pas de pièces lourdes. Bien entendu, il faut que la position des capteurs 22 soit stable dans le temps, mais ces capteurs ne sont soumis à aucun effort et il n'est pas nécessaire de réaliser la règle 20 qui les maintient de manière particulièrement rigide. En conséquence, un dispositif de mesure selon l'invention est particulièrement léger et portable par une seule personne (pour une longueur de mesure d'environ 1 m, le dispositif pèse environ 8 kg) .
Il va de soi qu'un dispositif selon l'invention est particulièrement pratique à utiliser puisque le micrαprOσesseur effectue la plupart des étapes de mesure. L'utilisateur n'a qu'à appuyer sur un bouton pour voir s'afficher le profil du rail.
La figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation de l'architecture du circuit de gestion de capteurs 22 de type capacitif. De préférence, on choisit des capteurs capacitifs car ils permettent de fournir un signal d'amplitude proportionnelle à la distance mesurée. Des mêmes éléments qu'à la figure 2 sont désignés par des mêmes références. Chaque capteur 22 est constitué d'une plaque métallique entourée d'un anneau de garde 22-1 qui est relié à un potentiel de référence. Les plaques 22 sont disposées à proximité du rail 12 à mesurer et parallèles à celui-ci. Chaque plaque 22 est reliée à une borne d'une capacité ajustable C et à l'entrée d'un amplifica¬ teur différentiel 28 dont une autre entrée est reliée à l'anneau de garde. Les capacités C sont ajustées une fois pour toutes à la fabrication. Les sorties des amplificateurs 28 sont fournies à un multiplexeur analogique 30 qui aiguille une seule des sorties de ces amplificateurs 28 sur l'entrée d'un amplificateur 32. Le multiplexeur 30 est commandé par un microprocesseur 34. La sortie de l'amplificateur 32 est fournie à un démodulateur 36 dont une autre entrée reçoit un signal sinusoïdal fourni par un générateur 38. La sortie du démodulateur 36 est fournie à un filtre 40 qui fournit une tension pratiquement continue Vd cor¬ respondant à la distance mesurée par le capteur 22 sélectionné par le multiplexeur 30. La tension Vd est appliquée à un modula¬ teur 42 dont une autre entrée reçoit le signal sinusoïdal fourni par le générateur 38. Le générateur 38 alimente également les capacités ajustables C. Le rail 12 reçoit la sortie du démodula¬ teur 42, qui est reliée à l'une des cales 26 sur lesquelles est posé le dispositif de mesure.
Le principe de mesure d'un capteur capacitif est clas¬ sique et ne sera pas décrit. Par contre, un aspect de l'inven¬ tion est de regrouper l'amplificateur 32, le démodulateur 36, le générateur 38, le filtre 40 et le modulateur 42 pour l'ensemble des capteurs 22 qui peuvent être en nombre élevé. Ces éléments regroupés étant les plus coûteux dans un système de mesure capa¬ citive, on réalise une importante économie.
La sortie Vd du filtre 40 est fournie à un convertis¬ seur analogique/numérique 44 relié à l'unité centrale 34. Le microprocesseur 34 est en outre associée à une mémoire 46 (mémoire morte ROM et mémoire vive RAM), à un clavier 48 et à l'écran 24-1 susmentionné, qui est par exemple un affichage matriciel à cristaux liquides.
Pour utiliser le dispositif de mesure selon l'inven- tion, un utilisateur appuie sur une touche spécifique du clavier 48. Un programme, stocké en mémoire ROM, est alors exécuté par le microprocesseur 34. Ce programme sélectionne successivement les capteurs 22, relève les valeurs Vd correspondantes fournies par le convertisseur 44, et stocke ces valeurs en mémoire RAM. Ensuite, ou simultanément, les valeurs relevées sont corrigées par des valeurs préméπ risées dans une mémoire non-volatile, par exemple au cours d'une étape d'étalonnage, et affichées de manière adéquate sur l'écran 24-1. Comme on l'a précédemment indiqué, les valeurs mesurées peuvent être affichées dans un système de coordonnées en fonction des positions relatives des capteurs respectifs, ce qui donne directement le profil du rail mesuré. Le microprocesseur 34 peut en outre effectuer de nom¬ breuses opérations sur les valeurs mémorisées, par exemple un lissage ou toute autre opération jugée utile.
Comme on l'a précédemment indiqué, on mémorise des valeurs d'étalonnage pour chaque capteur. En effet, la distance d à mesurer par chaque capteur s'exprime par d≈ A Vd + B, où A et B sont des constantes. Un étalonnage consiste donc à mémori- ser les valeurs A et B pour chaque capteur. Pour cela, on procède de la manière suivante.
On effectue une première phase d'étalonnage avec la règle posée directement sur un plan de référence conducteur. Ce plan peut être une plaque d'acier de planéité précise. De préfé- rence, le plan de référence est un plan d'eau dont la planéité a l'avantage d'être parfaite. Il est possible, selon l'invention, d'utiliser un plan d'eau comme plan de référence car les cap¬ teurs sont sans contact, c'est-à-dire qu'ils ne perturbent pas la surface de l'eau qui reste parfaitement plane. Les cales 26 sont alors posées sur des piliers métalliques qui baignent dans l'eau. L'utilisateur sélectionne ensuite, en appuyant sur une touche spécifique, cette première phase d'étalonnage. Le micro¬ processeur exécute une première série de mesures en mesurant les tensions Vd pour chaque capteur 22, ces tensions Vd correspon- dant à des distances d supposées nulles.
On effectue ensuite une deuxième phase d'étalonnage qui consiste à poser la règle sur le plan de référence en inter¬ posant des cales de référence de hauteur connue entre le plan de référence et les cales 26. L'utilisateur sélectionne la deuxième phase d'étalonnage qui consiste à effectuer une deuxième série de mesures en mémorisant les tensions Vd, qui correspondent alors à des distances d égales à la hauteur des cales de réfé¬ rence. On dispose ainsi, pour chaque capteur, d'un système d'équations à deux inconnues dont les inconnues sont les coef¬ ficients A et B. A la fin de la deuxième phase d'étalonnage, le microprocesseur calcule et mémorise les coefficients A et B pour chaque capteur. La réalisation des programmes permettant d'effectuer les diverses opérations décrites ci-dessus est à la portée de tout programmeur.
La figure 4 représente un mode de réalisation d'un ensemble de capteurs 22. Ces capteurs sont réalisés sur une face d'un circuit imprimé rectangulaire 50. Les capteurs 22 sont formés en gravant dans la couche de cuivre de l'une des faces du circuit imprimé des anneaux dont les zones internes constituent les capteurs 22. La surface de cuivre restante constitue l'ensemble des anneaux de garde 22-1. La figure 5 représente un mode de réalisation d'une règle de mesure selon l'invention, c'est-à-dire la pièce servant de support au capteur 22. Cette règle est formée d'un profilé comprenant une partie 20-0 à section en "U" renversé. Un ou plusieurs circuits imprimés 50 du type de la figure 4 sont glissés dans des rainures internes 20-1 des flancs de la partie en U, à proximité de la partie inférieure. Comme cela est repré¬ senté, l'un des flancs de chaque rainure 20-1 est horizontal et sert de surface de référence et d'appui au circuit imprimé 50. L'autre flanc des rainures 20-1 est incliné de manière que le circuit imprimé 50 soit appuyé sur les deux flancs des rainures sans toutefois atteindre les fonds des rainures. Des vis 52, réparties sur la longueur de la règle, traversent l'un des flancs de la partie en U et se vissent dans l'autre flanc. En serrant ces vis 52, les deux flancs de la partie en U se rap- prochent et viennent coincer le circuit imprimé 50 dans les rainures 20-1, les flancs inclinés de ces rainures venant plaquer le circuit imprimé 50 sur le plan de référence constitué par les flancs droits des rainures. Comme cela est représenté, pour augmenter davantage la rigidité à la flexion de la règle 20, celle-ci comprend une partie ascendante 20-2 de manière que la règle ait une section en "h". Cette partie ascendante peut avoir une extrémité re¬ pliée, comme cela est représenté, qui sert à fixer des éléments tels que des circuits imprimés.
Le circuit imprimé 50 est muni, sur sa face interne, de composants montés en surface 54, comme par exemple les ampli¬ ficateurs 28 et les capacités C de la figure 3. Pour effectuer des mesures de rectitude de rail, il convient de choisir une règle d'environ un mètre de long. Etant donné qu'il est diffi¬ cile de réaliser des circuits imprimés d'une telle dimension, le circuit imprimé 50 est subdivisé en, par exemple, cinq circuits imprimés de 20 cm de long. Chaque circuit imprimé 50 est muni d'un connecteur monté en surface permettant de relier les sor- ties des amplificateurs 28 et la liaison commune des capacités C à un circuit imprimé, non représenté, comportant les autres éléments de la figure 3. Les connecteurs des circuits imprimés 50 sont accessibles par des ouvertures 20-3 réalisées dans la partie en U 20-0. Dans une réalisation pratique, on prévoit un écart d'environ 1 cm entre les capteurs, notamment dans la zone centrale destinée à être située au-dessus d'une soudure. Dans les zones extrêmes, un écart de 2 cm entre capteurs suffit. Toutefois, pour simplifier la fabrication, les circuits imprimés 50 seront identiques mais seulement un capteur sur deux sera équipé de ses composants montés en surface au niveau des -zones extrêmes de la règle. On pourra bien entendu choisir un écart inférieur à 1 cm. La figure 6 représente une vue en perspective exté¬ rieure d'un mode de réalisation du dispositif de mesure de rectitude selon l'invention. Le boîtier 24 de ce dispositif est de forme généralement parailélépipédique allongée. Des poignées 62 sont prévues dans trois évidements latéraux du boîtier 24, un évidement se trouvant au niveau de la partie centrale et les deux autres aux parties extrêmes. L'écran 24-1 susmentionné est disposé entre un évidement extrême et 1'évidement central, et le clavier 48 est disposé entre 1'évidement central et l'autre évidement extrême.
Chaque extrémité du dispositif est munie d'un bloc de fixation 64 amovible coπprenant un système de montage rapide sur un rail ou autre profilé.
La figure 7 représente une vue en coupe du dispositif au niveau de l'une de ses poignées 62. Des mêmes références que dans les figures précédentes désignent des mêmes éléments. Le boîtier 24 a une section en "U" renversé obturé à sa partie inférieure par une plaque 65. La règle 20 est fixée par sa partie la plus longue sur un flanc du boîtier 60, du côté opposé à la poignée 62. Les cales d'appui 26, dont une seule est visible à la figure 7, sont fixées au niveau des extrémités respectives de la règle 20. Les cales 26 sont en appui sur un rail 12 et sont isolées électriquement du reste du dispositif car l'une d'elles ou les deux, comme on l'a précédemment men- tionné, transmettent au rail 12 un signal électrique servant à effectuer les mesures de distance.
Comme cela est représenté, le bloc 64 comprend, en dessous de la règle 20, un logement pour le rail 12 muni de mâchoires 66. Ces mâchoires 66 permettent, à l'aide d'une commande mécanique ou hydraulique, non représentée, de serrer le rail 12 pour fixer le dispositif sur le rail tout en centrant la règle 20 sur l'axe du rail afin d'effectuer une mesure à l'endroit adéquat. Comme on l'a précédemment indiqué, les blocs 64 sont amovibles. En actionnant une commande mécanique, le boîtier 24 du dispositif de mesure peut être désolidarisé des blocs 64 qui restent fixés sur le rail. Cette possibilité est prévue pour que l'on puisse repositionner le boîtier 24 selon la représentation en pointillés pour effectuer une mesure de rectitude du flanc du rail 12. A cet effet, l'extrémité du boîtier 24 comprend une rainure 24-2 prévue pour glisser sur un ergot 64-1 du bloc 64 et maintenir le boîtier 24 à une position adéquate. Le dispositif de mesure de rectitude selon la présente invention a été décrit dans le cadre de la mesure de rectitude de rails. Bien entendu, 1'invention s'applique à la mesure de rectitude de tout objet conducteur, même en un matériau mauvais conducteur, tel que de l'eau, du graphite...

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de mesure de rectitude d'un objet conducteur (12), comprenant une pluralité de capteurs de distance (22) capacitifs alignés selon un axe d'une règle (20) à poser sur l'objet, et des moyens de communication (24-1) des mesures fournies par chaque capteur, caractérisé en ce que les capteurs capacitifs (22) sont formés sur des circuits imprimés rectangulaires (50) par la partie centrale d'anneaux alignés gravés sur une couche de cuivre des circuits imprimés (50), le cuivre restant à l'extérieur des anneaux jouant le rôle d'anneaux de garde (22-1).
2. Dispositif de mesure de rectitude selon la revendi¬ cation 1, caractérisé en ce que la règle (20) comporte à chaque extrémité une cale (26) à poser sur l'objet (12), l'une au moins de ces cales étant conductrice et fournissant à l'objet un signal électrique nécessaire au fonctionnement des capteurs capacitifs.
3. Dispositif de mesure de rectitude selon la reven¬ dication 1, caractérisé en ce que les circuits imprimés (50) comportent sur une face opposée à celle où sont réalisés les capteurs des circuits électroniques à montage en surface (54) destinés à exploiter les signaux des capteurs.
4. Dispositif de mesure de rectitude selon la reven¬ dication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (24-1) pour afficher dans un système de coordonnées les amplitudes des mesures fournies par les capteurs (22) en fonction des positions respectives des capteurs.
5. Dispositif de mesure de rectitude selon la reven¬ dication 1, caractérisé en ce que ledit objet est un rail (12).
6. Dispositif de mesure de rectitude selon la reven- dication 5, caractérisé en ce que chaque extrémité de la règle
(20) est fixée de façon amovible à un bloc (64) qui comprend des mâchoires (66) destinées à serrer le rail (12) tout en alignant l'axe des capteurs (22) sur l'axe du rail, des moyens (24-2, 64-1) étant en outre prévus pour, une fois que les blocs (64) sont fixés sur le rail, repositionner la règle latéralement de manière à pouvoir mesurer la rectitude d'un flanc du rail à une position prédéterminée.
7. Dispositif de mesure de rectitude selon la revendi¬ cation 1, caractérisé en ce que les circuits imprimés (50) sont maintenus dans deux rainures (20-1) opposées internes d'une partie en "U" de la règle (20), l'un des flancs de chaque rainure étant droit et servant d'appui aux circuits imprimés et l'autre des flancs de c-haque rainure étant incliné de manière à entrer en contact avec le circuit imprimé sans que celui-ci atteigne le fond de la rainure, des moyens de serrage (52) étant prévus pour rapprocher les deux flancs de la partie en "U".
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