WO1998038473A1 - Mesurage des pistons de moteurs thermiques: procede et systeme pour controle en ligne de fabrication - Google Patents

Mesurage des pistons de moteurs thermiques: procede et systeme pour controle en ligne de fabrication Download PDF

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WO1998038473A1
WO1998038473A1 PCT/FR1998/000350 FR9800350W WO9838473A1 WO 1998038473 A1 WO1998038473 A1 WO 1998038473A1 FR 9800350 W FR9800350 W FR 9800350W WO 9838473 A1 WO9838473 A1 WO 9838473A1
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sensors
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Patrick Leteurtre
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Definitions

  • DESCRIPTION - Figure 1 shows the important dimensions of a heat engine piston: these are those of the big end bores, i.e. the diameter ⁇ (x) of the cylindrical parts with several positions x according to axis of these bores, the two distances hl and h2 from the axes ⁇ let ⁇ 2 of these bores on the upper face of the piston, and the coaxiality of the axes ⁇ l and ⁇ 2; the outside diameter De of the skirt of the piston must also be measured, on 6 levels and in three planes, namely the plane perpendicular to ⁇ l or
  • piston measuring machine must be able to measure all types of pistons, i.e. those whose diameters D and ⁇ are respectively between 50 and 150 mm for D and between 15 and 55 mm for ⁇ . these values being given here as indicative examples
  • the purpose of the process or the piston control system according to the invention is to provide all the above mentioned measures, with the required precision in the time required and for all types of pistons Measurements are here taken without contact sensors and pistons, thanks to capacitive means
  • pneumatic sensors also suffer from two other crippling faults which are the very low value of their upper bandwidth limit, at least one hundred times smaller than that of capacitive sensors, and their very small extent, which is also commonly a hundred times smaller than that of capacitive sensors
  • These performance defects of pneumatic sensors result in the inability to make a machine that can measure all pistons
  • no system based on pneumatic sensors is, to our knowledge, today capable of performing the above-mentioned measures, with the required precision in the total time of about ten seconds the state of the art consists of contact measurements by machines transposed from traditional measuring machines, that is to say with movements which must have a quality at least equal to the desired precision of the measurements, aimed at obtaining measurements whose uncertainty, all errors taken together, is less than 1 micrometer, the movements of these machines are necessarily 5 slow and fragile, and therefore not very compatible with measurement on the manufacturing line
  • None of these machines is moreover capable of carrying out the measurements of a piston over the time of the manufacturing cycle of these pistons.
  • Figure 2 shows the system stand and especially the plate on which are placed the piston and the standard objects framing the piston which are detailed in Figure 2b ⁇ s
  • Figures and 4 show the centering aid, by video camera and by means capacitive
  • figure 0 shows the double sensor (1) and (74) which simultaneously measure the bore and the reference cylinder figure 6 is the usual way of dimensioning a cone
  • figure 7 is the schematic diagram of the svsteme according to I invention
  • Figure 8 details the double sensor (70) which in the preferred version of the stern has become triple by addition of the sensor (76), intended to allow automatic centering of the piston on the measurement axis
  • FIG. 9 details the multiple sensor (90), the sensors (91) and (95) allowing the measurement of the outside diameters of the piston or that of the groove bottoms, while the sensors (93) and (94), associated to the sensor (22) measure the heights of grooves of the segments.
  • the piston (10) to be measured is placed on its head in the center of the plate (20), the surface (21) of which is ground and ground to be able to check its flatness by conventional means of interference fringes. in monochromatic light between the plane (21) and a plane silica standard.
  • the tray (20) is placed on its head in the center of the plate (20), the surface (21) of which is ground and ground to be able to check its flatness by conventional means of interference fringes. in monochromatic light between the plane (21) and a plane silica standard.
  • Positioning robot places the piston in accordance with the angular orientation so that the axis ⁇ of the piston and the X axis can be approximately coincident, the X-axis belongs to the stand (1 1) of the system considered here. and will be described later, pages 9 and 10; to reach this goal, it is still necessary a small translation in the direction Y to take account of the shift e. between
  • this second means is significantly more economical, despite the need for a translation of this capacitive sensor on the X axis: this capacitive sensor, previously moved back, distant from the Z axis, is advanced towards the piston; this capacitive sensor is in fact a multi-sensor produced on a cylindrical rod (4) of diameter less than the smallest value of ⁇ , for example 12 mm, it consists of an electrode (5) placed at the end of the rod (4) and a crown of 4 electrodes (6,7,8,9), two by two diametrically opposite on the Z and Y axes, as detailed in FIG. 4.
  • the description of the preferred version of the system introduces a variant of this centering operation by capacitive means
  • the piston therefore has its two connecting rod axes almost coincident with the X axis of the measuring machine according to the method, and the actual measurement operations can begin.
  • the particularity of the process or system according to the invention is to enable highly accurate measurements, despite the rusticity of the mechanics of translation or rotation sensors, this hardiness is also the guarantee of two benefits of a relatively small share manufacturing cost of the measurement system of the pistons and on the other hand, good durability of this equipment this feature of the method or system according to the invention results from that e the accuracy of the measurements is only very little dependent on the quality of the movements of the sensors
  • the method detailed here is innovative in that it completely turns his back on the state of the art and the use of precise mechanical (e.g., a translation (T) parallel to the axis of the bore,
  • the material constituting this reference bar can be a steel similar to that of which the wedges or the standard rings are made, an even better choice is silicon carbide, or any other carbide, because these ceramic materials have no plasticity, subject at a stress, these materials deform elastically and regain exactly their initial shape as soon as the stress applied receives zero, provided that this stress does not exceed the elastic limit, which is also the breaking load for these ceramics, all small shocks that the object can undergo during use do not cause any plastic deformation strictly in a carbide article, which is not true for a metal object, no matter what the other hand metal, these carbides have a slight electrical conductivity, which is more than enough to serve as a perfect target for capacitive sensors Finally, these carbides are machined very s property by a diamond tip or correction FULFILLED All these qualities make these carbide rods ground references almost perfect
  • FIG. 5 shows the arrangement of the assembly of the two surfaces (50) and (60) and of the double capacitive sensor (70), with its two measuring electrodes (71) and (74) aiming respectively (50) and (60) , their connecting tracks to the capacitive measurement electronics (72) and (75) and finally their guard (73), shown here as common to the two sensors, although this is not necessarily the case.
  • the two sensors (71) and (74) are advantageously asymmetrical, (74) targets a well identified portion of cylinder and therefore has every advantage in being as large as possible, for example of circular shape, or better of square shape, two of the sides of the square being parallel to the axis of the reference bar (60), or even of rectangular shape elongated in the direction of the axis of (60) and whose diameter or length of the side of the square or of the short side of the rectangle can reach half the diameter of (60)
  • the large integration surface masks, by compensating for them, the effects of claws or other small defects of the reference
  • the sensor (71) on the other hand must be as small as possible , to correctly measure the conical parts of the connecting rod axis and also to properly measure the cylindrical parts which have lubrication recesses, which must also be measured.
  • the diameter B (with its tolerance T) of a conical portion (13) is generally dimensioned at a specified distance.
  • A a normal plane (15) to the cone axis (16) ( Figure 6)
  • the ideal sensor would be a point sensor in practice the best actual sensor is one whose surface integration is optimized between the two contradictory tendencies, one who looks for the best punctuality and the other who wants the best sensitivity (ie larger integration surface area), the result of this compromise can be formulated somewhat differently since it is no question of sacrificing the quality of the measurements, we ask the capacitive sensors to provide measurements with repeatability deviations smaller than ⁇ 0.1 ⁇ m (i.e.
  • Ri, R2, ⁇ l, ⁇ 2, ⁇ ⁇ are expressed in mm, ⁇ i and ⁇ 2 have the typical values of 0.03 mm respectively (because the mechanics are intended to be robust, but not very precise in order to remain very economical) and 0 , 1 mm (not to lose precious time neither to center the piston nor especially to precisely control the position of the sensor relative to its target)
  • the reference bar used is chosen from all the reference bars of the machine so that the value of its diameter ⁇ checks the ine -Sga "lities
  • k is 1 thickness of the sensor ( 70) that is to say the distance between the two sensors (71) and (74) L anah se of the data of the sensors (70) allows to measure the circulating of each section or the cvlindncite of these bores the geometry of the es lubrication it allows, for example by Fourier method, to identify the positions of the axes ⁇ i and ⁇ : of 1 connecting rod bore, and therefore the coaxiality of the axes ⁇ i and ⁇ : FIG.
  • FIG. 2 shows the plate (20), its perfectly flat surface (21) receives, in addition to the piston head, the two standard objects (51 -a) and (51 -b) placed on each side of the piston and aligned on 1 axis ⁇ of the connecting rod bore
  • These objects (51) are detailed in Figure 2b ⁇ s (51) is the combination of a setting ring (51a) whose diameter is close to ⁇ T, the diameter of the bore rod and a gauge block (51b) of height close to (h - ⁇ / 2), it indicates that (51) is a single object or is made up of 1 set of two objects (51 bis) and (51 ter) together 1 impo ant is that (51) or (51 tei) are well sui (21) and that (51) or (51 bis) are enough correctly coaxial with the axis ⁇ of the piston rod bore and that their dimensions (diameters and heights H ⁇ ) are perfectly identified.
  • a function of the two objects (51) is the recalibration of the sensors (70) when they measure the identified diameter, ⁇ t of (51 -a) and ⁇ 2 of (51 -b), compared to the diameter ⁇ , also identified, of (30), another function of (51 -a) and (51 -b) is the precise measurement of hi and h 2 , respectively, by the sensor (70) placed by (83) in the vertical plane towards the bottom, facing the minima of the cylinders of (51 -a) and (51 -b), or facing the chocks (51 ter-a) and (51 ter-b), these measurements provide, with great precision, the distances between the plane (21) and the X axis of (30) at the support points of the objects (51 -a) and (5 1 -b). We deduce the distances hi and h 2 because the analysis of the sensor data
  • the X axis which is the axis of the reference cylinder used for the measurement of a piston, is integral with the stand of the machine according to the invention indeed, as shown in Figure 7, the X axis is defined as the axis of the reference cylinder
  • the X axis is the virtual axis to which all the measurements relating to the connecting rod bore are related.
  • This chosen reference cylinder (30 ) is mounted in mand ⁇ n with 3 jaws (31), itself integral with a translation (32), the mandrel (31) and its translation table (32) having their axes coincident with the axis X, preferably, the other end of the cylinder (30) has a center point which is placed in the tailstock (33), (32) and (33) are fixed on the stand of the system, thus the chosen reference cylinder (30) is integral of the machine stand
  • the system according to the invention has a whole series of reference cylinders (30), of equal heights (about 300 mm) and the diameters of which are stepped, for example every mm, each of these cylinders (30 ) has been identified by an approved laboratory their cy nd ⁇ cite has been measured (straightness of the generators, plus Their sections of these cylinders have been measured
  • These four triple sensors are each held by a rod (80) and an actuator (81), at one jaw of the four-jaw chuck (82), each jaw being provided with the translation ensuring the function (T2), with a stroke of approximately 25 mm to cover all of the bore diameters to be measured, or even disengage the 4 sensors (70) radially to change the reference bar (30), or on the contrary bring them together the four sensors (70) to facilitate the operation of aligning the ⁇ axis on X.
  • the four rods (80) have a typical length of 180 mm, at least equal to the diameter of the largest piston (here, 150 mm) plus, as detailed below, the thickness of the two particular standard rings, or even of the ordinary standard ring with a diameter close to ⁇ and two standard shims of heights close to h; the role of these standard rings and / or gauge blocks is twofold: to ensure the global recalibration of the sensors (71) and (74) before and after the measurement of each piston, which measurement is only validated if the measurements carried out on the standard ring before and after those of the piston have deviations lower than the uncertainty specification of the measurements of the piston
  • the radial displacements of the four actuators (81) and those of the jaws of the mandrel (82) must be fairly precisely coplanar, in a plane perpendicular to the X axis, and the lengths of the rods (80) are equal so that the four sensors (71) are always located, with an appropriate position uncertainty, in a plane normal to X
  • the assembly (83) is finally translatable by the table (84), in the direction X and with a displacement amplitude of approximately 250 mm, the amplitude of this translation, ensuring the function (Tl), is in fact at less equal to the diameter of the largest piston (here, 1 50 mm) plus, as detailed above and Figure 2bis, the thickness of the two particular rings (51), or even of the ordinary standard ring (51 bis) with a diameter close to ⁇ and two gauge blocks (51 ter) of heights close to h, even more the entire height along the X axis of the elements (81), (82) and (83) Measuring the position of the sensors (70) on l X axis is performed on the translation (84)
  • An integrated interferometer or an optical ruler could be suitable.
  • an origin position is required, created by a fixed stop.
  • the preferred version of the system does not choose one of these two solutions; it is a capacitive interlocking sensor (85) installed in the translation (84) which measures the position X of the sensors (-7.0); the value Co of the capacity of this sensor (85) is measured for the position of the sensors (70) centered in the plane YZ, that is to say the plane normal to X passing through the axis of the piston: advantage of the sensor (85) over an interferometer or an optical ruler lies in the fact that a nested capacitive sensor is an absolute sensor, the Co value of the capacity of this sensor being an excellent reference of origin, the quality of which is much greater than that given by a stop. The same argument applies to the sensor (22) and the sensors (95).
  • a robot positions the piston to be measured on the system according to the invention, as described in the preamble, page 3, line 6. to line 31.
  • this system measures a large number of pistons of the same series, and the dimensions to be measured are known with low uncertainty, in particular the distance h between the piston head and the axis ⁇ , then the plate (20) is preset at the correct altitude z, that is to say that the axes ⁇ and
  • this preferred version of the system according to the invention uses a translation (32) whose amplitude is 400 mm, so that the chosen reference cylinder (30) can be conveniently placed in the (or removed from) the measurement system.
  • the translation (32) is carried out by a rapid pneumatic cylinder, with simply two positions, front and rear, the front stop being the tailstock (33), the docking on (33), as on the rear stop, is braked , then a slight pressure is maintained to ensure the correct centering of (30) on (33)
  • the robot for loading / unloading of the piston is not here precise enough to ensure the correct alignment of the axes ⁇ and X at the outset, the following operation consists in correcting the position of the piston to bring the axis ⁇ of the connecting rod bore to be almost coincident with the axis X, this alignment is obtained by taking advantage of the fact that the reference cylinder (30 ) was necessarily retracted at this stage of placing in place of the piston, if only to introduce the piston on its support, the sensors (70) have been brought closer to the axis X 'of the mandrel (82), which is by construction coaxial with the axis of the mandrel ( 31) and the tailstock (33), that is to say
  • these same sensors (90 ) being as shown in FIG. 9, carried by a carcass (92) fulfilling the guard function, this can enter the grooves of the piston, thanks to its thickness in the direction Z less than 1 mm, that is ie thinner than the smallest groove width, thus, the electrodes (93) and (94), housed respectively on the upper and lower faces of (90) can perform, without contact, the measurement of the width of the grooves
  • the vertical movement, z, of the plate (20) supporting the piston, measured by the sensor (22) is used for the measurements of D at different levels as for the width measurements of the grooves
  • the bottom diameters of grooves are measured by addition sensor data (91) and (95) If the machine to measure the The pistons are not used for full control of production on the production line, the very severe constraint on the total time allocated to all of the measurements can be relaxed, then a single bridge of capacitive
  • the preferred version of the system which has a total of 32 capacitive measurement channels, uses two standard products from Fogale-nanotech, namely two modular MCM 160 electronics, with 16 multiplexed channels, controlled by a microprocessor “ ⁇ -DAS 16 »Which acquires the measurements on 16 bits and interfaces 0 directly, via RS232 or RS485, with a computer or a programmable logic controller
  • the 16 multiplexed channels of each MCM 160 are not parallel, but in series with a switching time of 0 , 2 milliseconds, i.e.
  • the measurement time of a section of the bore is 0.16 seconds + the time taken by the 9 rotations of 10 degrees
  • a precise positioning robot should not take more than 1 second poi o take a piston, place it correctly centered on the X axis, then after measurements, put it back in the classification basket,, the positioning of the refeience cylinder, already mounted on its mandrel (3 1), can take half a second.
  • the full bore measurement (14 sections measured) takes 2.3 seconds, plus the time taken by the 14 times 9 increments of position, which easily takes as much time; it may take 0.5 s to remove the reference cylinder and sensors (70).
  • the 18 measurements of D can be taken in 1 second, those of the 3 grooves, 2 additional seconds, all of these operations lasted almost 10 seconds.
  • the data processing is carried out while the robot unloads the piston and prepares the installation of the next piston, the printing of the results by inkjet of the code identifying this piston is carried out when the measurements of bore of the next piston go to begin, the processing of the data therefore consumes nothing of the allocated time budget, as does the return of the plate (20) to its initial position during the unloading of the piston.
  • the invention is not limited to the examples which have just been described and numerous modifications can be made to these examples without departing from the scope of the invention.
  • the actuators (81) which allow the position control of the sensors (71) can consist of deposits of piezoelectric material and their control electrodes on the blades (80), the piezo bimetals thus produced have the advantage additional to be able to dampen the vibrations of (80).
  • the electrodes of the capacitive sensors can have any shape and structure. Furthermore, the sensors may not be capacitive.

Abstract

Système de mesurage sans contact, notamment par moyen capacitif, des pistons de toutes tailles. Ce système précis et rapide mesure les alésages de bielle (diamètres de plusieurs sections, coaxialité des axes des alésages de bielle, distances de ces axes à la tête du piston), grâce à un cylindre de référence (30) immobile par rapport au piston auquel sont rapportées les mesures effectuées par un capteur double mesurant simultanément l'alésage et le cylindre de référence. Les mesures des distances selon la direction des axes des alésages de bielle sont prises par le capteur (85) de la translation (84) du capteur double. Les diamètres extérieurs de la jupe du piston et les gorges des segments du piston sont mesurés par les capteurs (91, 95, 93, 94 et 22). La version préférée de ce système utilise 32 capteurs capacitifs pour permettre que le mesurage complet d'un piston ne dure qu'une dizaine de secondes.

Description

MESURAGE DES PISTONS DE MOTEURS THERMIQUES : PROCEDE ET SYSTEME POUR CONTROLE EN LIGNE DE FABRICATION
DESCRIPTION - La figure 1 montre les cotes importantes d'un piston de moteur thermique : ce sont celles des alésages de tête de bielle, c'est-à-dire le diamètre δ(x) des parties cylindriques à plusieurs positions x selon l'axe de ces alésages, les deux distances hl et h2 des axes Δlet Δ2 de ces alésages à la face supérieure du piston, et la coaxialité des axes Δl et Δ2 ; le diamètre extérieur De de la jupe du piston doit aussi être mesuré , sur 6 niveaux et dans trois plans, à savoir le plan perpendiculaire à Δl ou
Δ2, et aussi dans les deux plans contenant l'axe du piston et situés à 45 degrés des axes Δl et Δ2 ; ce sont enfin les gorges des segments ; beaucoup de ces cotes doivent être mesurées avec une incertitude, toutes erreurs confondues, moindre que 1 micromètre. De plus, si le temps de cycle de production d'un piston est 1 1 secondes, il faut que toutes ces mesures soient effectuées en moins de ces 1 1 secondes, temps de manipulation du piston compris.
Enfin, la machine de mesurage des pistons doit être capable de mesurer tous les types de pistons, c'est-à-dire ceux dont les diamètres D et δ sont respectivement compris entre 50 et 150 mm pour D et entre 15 et 55 mm pour δ. ces valeurs étant ici données à titre d'exemples indicatifs
Le but du procédé ou du système de contrôle des pistons selon l'invention est de fournir toutes les mesures ci-dessus mentionnées, avec la précision requise , dans le temps requis et pour tous les types de pistons Les mesures sont ici prises sans contact entre les capteurs et les pistons, grâce au moyen capacitif
L'état de l'art est vite décrit : aucun système, à notre connaissance, n'est aujourd'hui capable d'effectuer les mesures ci-dessus mentionnées, avec la précision exigée, dans le temps total de l'ordre de la dizaine de secondes. Le seul système, aujourd'hui capable d'effectuer sans contact les mesures ci-dessus mentionnées, met en oeuvre des capteurs pneumatiques, mais ces capteurs accumulent plusieurs défauts ; d'abord, ils sont incapables d'effectuer des mesures assez ponctuelles, puisque la surface d'intégration de ces mesures pneumatiques esi au moins 1 mm? . les capteurs pneumatiques souffrent en outre de deux autres défauts redhibitoires qui sont la très faible valeur de leur borne supérieure de bande passante , au moins cent fois plus petite que celle des capteurs capacitifs, et leur très faible étendue de mesui e, elle aussi couramment cent fois plus petite que celle des capteurs capacitifs Ces défauts de performance des capteurs pneumatiques se traduisent par l'incapacité de réaliser une machine qui puisse mesurer tous les pistons Même pour un piston particulier, aucun système a base de capteurs pneumatiques n'est, a notre connaissance, aujourd'hui capable d'effectuer les mesures ci-dessus mentionnées, avec la précision exigée, dans le temps total de l'ordre de la dizaine de secondes L'état de l'art consiste en des mesures avec contact par des machines transposées des machines a mesurer traditionnelles, c'est-à-dire avec des mouvements qui doivent présenter une qualité au moins égale a la précision souhaitée des mesures , visant l'obtention de mesures dont l'incertitude, toutes erreurs confondues, soit moindre que 1 micromètre, les mouvements de ces machines sont nécessairement 5 lents et fragiles, et donc peu compatibles avec la mesure en ligne de fabrication
Aucune de ces machines n'est par ailleurs capable d'effectuer les mesures d'un piston dans le temps du cycle de fabrication de ces pistons
La Description sera limitée a l'architecture générale de ce système selon l'invention et a la métrologie des alésages de bielles mesures de δ (x), détermination des axes () Δ l et Δ2. et mesures des valeurs de h l et de h2 Les mesures de D et celles des gorges de segments sont classiques on se contentera de décrire les deux t\ pes de capteurs utilises pour mesurer la )upe et les gorges dans la description de la version préférée du système selon 1 invention Description ^ Les figures 1 -9 illustrent la description , la figure 1 montre les cotes a mesurer sur un piston, moins les gorges des segments non représentées . la figure 2 montre le statif du système et surtout le plateau sur lequel sont poses le piston et les objets- étalons encadrant le piston qui sont détailles sur la figure 2bιs , les figures et 4 représentent les aides au centrage, par caméra video et par moyen capacitif , la 0 figure 5 montre le capteur double ( 1 ) et (74) qui mesurent simultanément l'alésage et le cylindre de référence la figure 6 est la façon usuelle de coter un cône , la figure 7 est le schéma gênerai du svsteme selon I invention la figure 8 détaille le capteur double (70) qui dans la version prefeiee du s\ sterne est devenu triple par ajout du capteur (76), destiné à permettre le centrage automatique du piston sur l'axe de mesure ; enfin, la figure 9 détaille le capteur multiple (90), les capteurs (91 ) et (95) permettant la mesure des diamètres extérieurs du piston ou celui des fonds de gorges, tandis que les capteurs (93) et (94), associés au capteur (22) mesurent les hauteurs de gorges des segments.
On s'intéresse à une machine qui puisse mesurer tous les pistons, c'est-à-dire tous ceux dont les diamètres D et δ sont compris entre 50 et 150 mm pour D et entre 15 et 55 mm pour δ. Le piston (10) à mesurer, manipulé par un robot, est posé sur sa tête au centre du plateau (20) dont la surface (21 ) est rectifiée plane et rodée pour pouvoir vérifier sa planéité par le moyen classique des franges d'interférences en lumière monochromatique entre le plan (21) et un étalon plan de silice. Le plateau
(20) possède deux mouvements par rapport au statif de la machine : un mouvement de rotation (θz) autour de son axe Z, normal au plan (21 ), et un mouvement de translation selon l'axe Z, avec une amplitude de plusieurs centimètres, mesuré par le capteur (22) (fig.2), qui est de préférence un capteur capacitif à emboitement
Le robot de positionnement place le piston en respectant l'orientation angulaire de sorte que l'axe Δ du piston et l'axe X puissent être approximativement confondus , l'axe X appartient au statif ( 1 1 ) du système considéré ici. et sera décrit ultérieurement, pages 9 et 10 ; pour atteindre ce but, encore faut-il une petite translation selon la direction Y pour tenir compte du décentrement e. compris entre
0 et 1 mm. qui existe entre l'axe du piston et l'axe Δ. et surtout tenir compte des différences de hauteur h (voir page 1 , premier paragraphe), différences qui doivent être absorbées par la translation selon l'axe Z du plateau (20) Sauf si le robot de positionnement du piston est suffisamment précis, le mouvement de rotation (θz) permet de corriger la position angulaire du piston tandis que la petite translation selon la direction Y, pour tenir compte du décentrement e, peut être effectuée notamment par des poussoirs permettant de corriger le centrage du piston ( 10) sur
(21 ) , un exemple de ceci sera fourni dans la description de la version préférée du système Ces poussoirs pourraient aussi être intégrés dans le plateau (20). a la façon d'un mandrin qui aurait aussi la fonction de maintien du piston sur (21 ) Le piston peut aussi être plaqué sur (21 ) par aspiration d'air (25) depuis le centre de (21 ). Ces trois déplacements de rotation (θz) et de translations (y) et (z) peuvent être pilotés par une caméra vidéo dont l'axe optique est centré sur l'axe X : l'analyse de l'image fournie par ce dispositif optique (figure 3) peut guider ces deux déplacements ; outre l'alignement de l'axe Δ sur l'axe X, le diamètre δ de l'alésage et la hauteur h ont été estimés, à 100 ou 200 microns près, pendant cette opération
Alternativement, ces trois déplacements (θz), (y) et (z), peuvent être pilotés, en boucle fermée, sur les mesures fournies par un capteur capacitif coaxial à l'axe X , ce deuxième moyen est sensiblement plus économique, malgré la nécessité d'une translation de ce capteur capacitif sur l'axe X : ce capteur capacitif, préalablement reculé, éloigné de l'axe Z, est avancé vers le piston ; ce capteur capacitif est en fait un multi-capteur réalisé sur une tige cylindrique (4) de diamètre inférieur à la plus petite valeur de δ, par exemple 12 mm , il est constitué d'une électrode (5) placée en bout de la tige (4) et d'une couronne de 4 électrodes (6,7,8,9), deux à deux diamétralement opposées sur les axes Z et Y, comme le détaille la figure 4. La description de la version préférée du système introduit une variante de cette opération de centrage par moyen capacitif
Après cette opération d'alignement, le piston a donc ses deux axes de tête de bielle presque confondus avec l'axe X de la machine à mesurer selon le procédé, et les opérations de mesurage proprement dites peuvent commencer L'état de l'an consisterait à équiper la machine a mesurer les pistons avec un palpeur (à contact) qui explorerait la surface de l'alésage la qualité de ces mesures est la somme des qualités du palpeur et de la mécanique assurant les déplacements de ce palpeur La particularité du procédé ou du système selon l'invention est de permettre la très grande précision de mesures, malgré la rusticité de la mécanique de translation ou de rotation des capteurs , cette rusticité est d'ailleurs le gage de deux avantages, d'une part un relativement faible coût de fabrication du système de mesures des pistons et d'autre part, la bonne longévité de cet équipement Cette particularité du procédé ou du système selon l'invention résulte de ce que la précision des mesures n'est que très peu dépendante de la qualité des déplacements des capteurs Le procède ici détaille est innovant en ce qu'il tourne complètement le dos à l'état de l'art et au recours à des mécaniques précises (par exemple, une translation (Ti) parallèle à l'axe de l'alésage, une translation radiale (T2) et une rotation (Ri) autour de l'axe de l'alésage), en faisant appel a un objet solide, fixe et dont la qualité majeure doit être la stabilité dimensionnelle, et en effectuant toutes les mesures par référence a cet objet-réference qui est ici une barre cylindrique, rectifiée et identifiée par un laboratoire de métrologie agrée pour pouvoir certifier la cylindrometπe de la barre de référence , ainsi sont remplaces les déplacements précis les génératrices du cylindre remplacent la translation (Tl ) , chaque section circulaire remplace la rotation (Ri) , un ensemble de barres de divers diamètres remplace la translation
(T2), non pas de façon continue mais de façon discrète par incréments définis par les différences de rayons de chacune des barres cylindriques, dont le système de mesurage des pistons est équipé , ce système n'utilise qu'une seule barre à la fois, comme détaillé par la formule {2} , page 8 Les mesures de hl ou de h2 sont obtenues aussi par l'intermédiaire de cales-etalons, comme détaillé ultérieurement
Le matériau constituant cette barre de référence peut être un acier semblable a celui dont on fait les cales ou les bagues étalons , un choix encore meilleur est le carbure de silicium, ou tout autre carbure, parce que ces matériaux céramiques ne présentent aucune plasticité , soumis a une contrainte, ces matériaux se déforment elastiquement et retrouvent exactement leur forme initiale des que la contrainte appliquée reuent a zéro, pourvu que cette contrainte n au pas excède la limite élastique, qui est aussi la charge de rupture pour ces céramiques , tous les petits chocs que l'objet peut subir pendant son utilisation ne provoquent strictement aucune déformation plastique chez un objet en carbure, ce qui n'est pas vrai pour un objet en métal, quel que soit ce métal D'autre part, ces carbures présentent une légère conductibilité électrique, qui est largement suffisante pour servir de cible parfaite pour les capteurs capacitifs Enfin, ces carbures s usinent très bien par une pointe diamant ou par rectification Toutes ces qualités reunies font de ces barres de carbure rectifiées des références presque parfaites
Pour mesurer un alésage, une barre cv ndπque de référence sera placée a l'intérieur de l'alésage , cette baire de référence et l'obiet a mesurer présentant cet alésage sont fixes, ou du moins immobiles l'un par rapport à l'autre . un capteur capacitif double mesure simultanément les deux portions des surfaces de la barre de référence et de l'alésage situées en vis à vis. La figure 5 montre la disposition de l'ensemble des deux surfaces (50) et (60) et du capteur capacitif double (70), avec ses deux électrodes mesurantes (71 ) et (74) visant respectivement (50) et (60), leurs pistes de liaison à l'électronique de mesure capacitive (72) et (75) et enfin leur garde (73), représentée ici comme commune aux deux capteurs, bien que ce ne soit obligatoirement pas le cas.
Les deux capteurs (71 ) et (74) sont avantageusement dissymétriques , (74) vise une portion de cylindre bien identifiée et a donc tout bénéfice à être le plus grand possible, par exemple de forme circulaire, ou mieux de forme carrée, deux des côtés du carré étant parallèles à l'axe de la barre de référence (60), voire encore de forme rectangulaire allongée dans le sens de l'axe de (60) et dont le diamètre ou la longueur du côté du carré ou du petit côté du rectangle peut atteindre la moitié de diamètre de (60) Ainsi, la grande surface d'intégration masque, en les moyennant, les effets des griffes ou autres petits défauts de la référence Le capteur (71 ) en revanche doit être le plus petit possible, pour mesurer correctement les parties coniques de l'axe de tête de bielle et aussi pour bien mesurer les parties cylindriques qui comportent des évidements de graissage, qu'il faut mesurer aussi. En effet, le diamètre B (avec sa tolérance T) d'une portion conique ( 13 ) est généralement coté a une distance spécifiée. A, d'un plan normal ( 15) à l'axe du cône ( 16) (figure 6) , le capteur idéal serait un capteur ponctuel , pratiquement, le capteur réel le meilleur est celui dont la surface d'intégration est optimisée entre les deux tendances contradictoires, l'une qui recherche la meilleure ponctualité et l'autre qui voudrait la meilleure sensibilité (donc la plus grande surface d'intégration) , le résultat de ce compromis peut être formulé un peu différemment puisqu'il n'est pas question de sacrifier la qualité des mesures, on demande aux capteurs capacitifs de fournir des mesures avec des écarts de répétabilité plus petits que ± 0, 1 μm (c'est-à-dire la qualité de mesures minimale pour pouvoir garantir le résultat des mesures du piston avec une incertitude toutes erreurs confondues de ± 1 μm ), mais cette exigence de résultats se traduit par une distance maximale de travail au-delà de laquelle les capteurs, selon leur taille d'électrode, ne peuvent plus assurer la précision de mesure demandée Ces étendues de mesure, Ri , calculées pour des électrodes de forme carrée ou circulaire, sont 30 μm 90 μm, 150 μm, 300 μm pour les électrodes carrées, dont les côtes ont respectivement les dimensions 0,1 mm, 0,3 mm 0,5 mm 1 mm , les électrodes de forme circulaire ont des étendues de mesure 12% inférieures Ces étendues de mesure sont si petites que la seule façon d'utiliser ces
5 capteurs est d'asservir leurs positions par rapport a leur cible pour maintenir ces capteurs a une distance quelconque comprise entre une valeur minimale d'une trentaine de μm et la borne supérieure calculée ci-dessus , plus l'intervalle d asservissement est large, moins cet asservissement est contraignant, et donc, plus il peut être rapide Ce capteur (71 ) travaille bien sûr sans contact, mais se comporte 0 comme s'il touchait le piston ce serait exactement vrai si (71 ) travaillait en
« méthode de zéro », avec la capacité mesurée par (71 ) exactement égale a une valeur définie par une capacité de référence , cette méthode de zéro est longue parce que l'asservissement de position de (71 ), qui doit dans ce cas être très précis, prend relativement beaucoup de temps , preferentiellement, (71 ) travaille en méthode 5 d'elongation sa mesure est prise en compte dans la mesure globale de la distance entre la portion visée du piston et la barre cylindrique de référence (60), mais la maieure partie des fluctuations de cette distance est mesurée par le capteur (74), solidaire de (71 ) Si le capteur (74) a ete calcule pour que son étendue de mesure R2 , soit 1 mm, par exemple, et si (71 ) a une électrode carrée de 0 5 mm le capteur 0 (70) qui combine les deux capteurs (71 ) et (74) a une étendue de mesure globale de
1 1 mm , si l'alésage (50) et la barre de référence (60) étaient parfaitement coaxiaux cette barre particulière (60) pourrait mesurer des alésages dont les diamètres pourraient fluctuer de 2,2 mm II convient de remarquer que le groupe de capteurs (70) est par construction translatable radialement par rapport a la barre de référence 5 (60) cette translation ((81 ) et (82), figure 7) maintient (70) centre sur le rayon de
(60) perpendiculaire au plan des capteurs constituant (70), c est-a-dire (71 ) et (74) , seuls les défauts de réalisation mécanique ou de réglage au montage de la machine rendent possible un éventuel décentrement entre (74) et (60) , en principe, la perpendiculaire au plan de (74) passant par le centre de ce capteur doit aussi passeï ) par le centre C de la section droite de (60) dont le plan passe par le centre de (74), soit néanmoins εi (exprime en mm) ce décentrement possible par suite d'erreur mécanique , en revanche il existe normalement un décentrement 1 2 (mm) entre (50) et (60), simplement parce que, voulant être très rapide et mesurer toutes les cotes utiles du piston en quelques secondes, il est important de ne pas perdre trop de ce temps au centrage de (60) par rapport a (50) , l'alésage cible (50) ayant un diamètre φ , la différence maximale des diamètres de (50) mesurable avec une barre de référence particulière (dont le diamètre est Φ), pour le capteur (70) pris en exemple, n atteint que
Δ φ <- 2 (Ri + R - (εl + ε2)) { 1 } ,
expression dans laquelle Ri , R2 , εl , ε2, Δ φ sont exprimes en mm , εi et ε2 ont respectivement les valeurs typiques de 0,03 mm (parce que la mécanique est voulue robuste, mais peu précise pour rester fort économique) et 0, 1 mm (pour ne pas perdre un temps précieux ni pour centrer le piston ni surtout pour asservir précisément la position du capteur relativement a sa cible) Pour mesurer tous les diamètres d'alésages o compris entre 18 et 55 mm, la barre de référence utilisée est choisie parmi l'ensemble des barres de référence de la machine pour que la valeur de son diamètre Φ vérifie les iné -Sga"lités
( <i> - k - 2 (Ri + K2 - (εi + ε2))) < Φ < ( - k - 0 3) {2 } toutes les cotes étant exprimées en (mm) , k est 1 épaisseur du capteur (70) c est-a- dire la distance entre les deux capteurs (71 ) et (74) L anah se des données des capteurs (70) permet de mesurer la circulante de chaque section ou la cvlindncite de ces alésages la géométrie des
Figure imgf000010_0001
es de graissage elle permet, par exemple par méthode de Fourier, d'identifier les positions des axes Δi et Δ: de 1 alésage de bielle, et donc la coaxialité des axes Δi et Δ: La figure 2 montre le plateau (20) , sa surface (21 ) parfaitement plane reçoit outre la tête du piston, les deux obiets-etalons (51 -a) et (51 -b) places de chaque côte du piston et alignes sur 1 axe Δ de l'alésage de bielle Ces objets (51 ) sont détailles sur la figure 2bιs ( 51 ) est la combinaison d'une bague étalon (51 bis) dont le diamètre T est voisin de δ, diamètre de l'alésage de bielle et d une cale étalon (51 ter) de hauteur v oisine de (h - δ/2) , il est indifierent que (51 ) soit un objet unique ou soit constitue de 1 ensemble des deux objets (51 bis) et (51 ter) reunis 1 impo ant est que (51 ) ou ( 51 tei ) soient bien plaques sui (21 ) et que (51 ) ou (51 bis) soient assez correctement coaxiaux à l'axe Δ de l'alésage de bielle du piston et que leurs dimensions (diamètres Ψ et hauteurs H) soient parfaitement identifiés. Une fonction des deux objets (51 ) est la recalibration des capteurs (70) quand ils mesurent le diamètre identifié, Ψt de (51 -a) et Ψ2 de (51 -b), par rapport au diamètre Φ, lui aussi identifié, de (30) , une autre fonction de (51 -a) et de (51 -b) est la mesure précise de hi et de h2 , respectivement, par le capteur (70) placé par (83) dans le plan vertical vers le bas, face aux minima des cylindres de (51 -a) et de (51 -b), ou face aux cales (51 ter-a) et (51 ter-b) , ces mesures fournissent, avec grande précision, les distances entre le plan (21 ) et l'axe X de (30) aux points d'appui des objets (51 -a) et (5 1 -b). On en déduit les distances hi et h2 parce que l'analyse des données des capteurs
(70) permet d'identifier les positions des axes Δi et Δ2 de l'alésage de bielle Estimons maintenant le temps de mesure des deux alésages de tête de bielle, en fonction de la dimension de l'électrode de mesure de (71 ) et en supposant que le capteur (70), unique, est doté de la rotation (Ri ) autour de l'axe X' du mandrin (83), de la translation (Tl ) parallèle à l'axe X" de la table (84) portant (83), et de la translation radiale (T2), normale à X' dans le plan passant par X' et le centre de (70). Les axes X' et X" sont par construction très voisins de Taxe X qui est défini comme étant l'axe de révolution de la barre de référence utilisée , tous ces axes sont confondus à quelques centièmes de mm et à typiquement 1 mrad près, comme attendu dans une mécanique rustique ; rappelons que ces axes X. X" et X" sont aussi confondus, à 0, 1 mm et I mrad près, avec l'axe Δ de l'alésage après avoir dégauchi le piston. Nous supposerons que les déplacements du capteur (70) sont assez rapides pour permettre une mesure à chaque dixième de seconde, ce qui est très facilement réalisable avec un asservissement de position radiale de (70) à ± 50 microns près (ce que nous avons calculé pour une électrode mesurante de (71 ) de 0,5 mm de côté), la bande passante des mesures capacitives étant fixée a (0 - 100 Hz) , nous ferons encore l'hypothèse que chacun des deux alésages de tête de bielle est mesuré selon 5 sections dans la partie cylindrique et 1 sections dans la partie conique, soit 1 5 sections en tout , si chacune de ces sections est mesurée tous les 10 degrés, soit 36 mesures par section, soit un total de 540 mesures pour chacun des deux alésages de tête de bielle, on arrive à 1 080 mesures, qui prendront 108 secondes en tout Pour rester en deçà de 1 secondes, il faut augmenter un peu la cadence des mesures, par exemple effectuer 20 mesures par seconde, et surtout il faut multiplier le nombre de capteurs (70) au moins 4 capteurs doubles, voire 6, travaillant en parallèle, ce qui descendrait le temps de mesure des deux alésages à environ 9 secondes D'où la description de la version préférée du système selon l'invention qui va maintenant être détaillée
Version préférée du système selon l'invention
Rappelons que l'axe X, qui est l'axe du cylindre de référence utilise pour la mesure d'un piston, est solidaire du statif de la machine selon l'invention en effet, comme le montre la figure 7, l'axe X est défini comme étant l'axe du cylindre de référence
(30) qui a été choisi, conformément à {2}, pour le piston en cours de mesurage l'axe X est l'axe virtuel auquel sont rapportes toutes les mesures concernant les alésages de tête de bielle Ce cylindre de référence choisi (30) est monte en mandπn à 3 mors (31 ), lui-même solidaire d'une translation (32), le mandrin (31 ) et sa table de translation (32) ayant leurs axes confondus avec l'axe X , de préférence, l'autre extrémité du cylindre (30) présente une pointe de centre qui est placée dans la contrepointe (33) , (32) et (33) sont fixés sur le statif du système, ainsi le cylindre de référence choisi (30) est solidaire du statif de la machine Le système selon l'invention possède toute une série de cylindres de référence (30), de hauteurs égales (environ 300 mm) et dont les diamètres sont étages , par exemple tous les mm , chacun de ces cylindres (30) a ete identifie par un laboratoire agrée leur cy ndπcite a ete mesurée (rectitude des génératrices, plusieurs sections de ces cylindres ont ete mesurées par rapport a une génératrice origine marquée sur l'extrémité de (30) , selon le piston a mesurer, et plus spécifiquement selon le diamètre δ de l'alésage de tête de bielle, le cylindre de référence (30) qui satisfait les relations {2} est sélectionne dans le magasin des divers cylindres de référence (30) et charge automatiquement dans le mandrin (31 ) en respectant la position, toujours la même par rapport a la machine de mesure, de cette génératrice origine marquée sur l'extrémité de (30) On a choisi d'équiper la machine selon l'invention de quatre capteurs doubles semblables a (70) décrit précédemment, d'épaisseur k voisine de 5 mm , en ιeahte, ces capteurs doubles (70) sont ici devenus devenus triples, avec l'addition d'un troisième capteui (76) place a l'extrémité de (70). comme l'esquisse la figuie 8 ce capteur supplémentaire (76) a la fonction anti-collision pour faciliter l'opération de l'alignement de l'axe Δ sur X, comme détaillé ultérieurement. Ces quatre capteurs triples sont tenus, chacun, par l'intermédiaire d'une tige (80) et d'un actuateur (81 ), à un mors du mandrin à quatre mors (82), chaque mors étant doté de la translation assurant la fonction (T2), avec une course de 25 mm environ pour couvrir l'ensemble des diamètres d'alésages à mesurer, voire dégager radialement les 4 capteurs (70) pour effectuer le changement de barre de référence (30), ou au contraire rapprocher les quatre capteurs (70) pour faciliter l'opération de l'alignement de l'axe Δ sur X. Les quatre tiges (80) ont une longueur typique de 180 mm, au moins égale au diamètre du plus gros piston (ici, 150 mm) plus, comme détaillé ci-après, l'épaisseur des deux bagues-étalons particulières, voire de la bague étalon ordinaire de diamètre voisin de δ et de deux cales-étalons de hauteurs voisines de h ; le rôle de ces bagues-étalons et/ou cales-étalons est double : assurer le réétalonnage global des capteurs (71 ) et (74) avant et après la mesure de chaque piston, laquelle mesure n'est validée que si les mesures effectuées sur la bague- étalon avant et après celles du piston présentent des écarts inférieurs à la spécification d'incertitude des mesures du piston Les déplacements radiaux des quatre actuateurs (81 ) et ceux des mors du mandrin (82) doivent être assez précisément coplanaires, dans un plan perpendiculaire à l'axe X, et les longueurs des tiges (80) être égales de sorte que les quatre capteurs (71 ) soient toujours situés, avec une incertitude de position idoine, dans un plan normal à X Le mandrin (82) est lui-même monté sur un dispositif (83). assurant la fonction (Ri ), capable de le faire tourner les 4 capteurs (70) autour de l'axe X, à raison de ± 50 degrés environ pour que les 4 capteurs (70) puissent explorer toute une section de l'alésage à mesurer. L'ensemble (83) est enfin translatable par la table (84), dans la direction X et avec une amplitude de déplacement d'environ 250 mm , l'amplitude de cette translation, assurant la fonction (Tl ), est en effet au moins égale au diamètre du plus gros piston (ici, 1 50 mm) plus, comme détaillé précédemment et figure 2bis, l'épaisseur des deux bagues particulières (51 ), voire de la bague étalon ordinaire (51 bis) de diamètre voisin de δ et de deux cales-étalons (51 ter) de hauteurs voisines de h, plus encore toute la hauteur selon l'axe X des éléments (81 ), (82) et (83) La mesure de position des capteurs (70) sur l'axe X est effectuée sur la translation (84) Un interféromètre intégré ou une règle optique pourraient convenii . dans les deux cas, il faut une position origine, créée par une butée fixe. La version préférée du système ne choisit pas l'une de ces deux solutions ; c'est un capteur capacitif à emboitement, (85), installé dans la translation (84) qui mesure la position X des capteurs (-7.0) ; la valeur Co de la capacité de ce capteur (85) est mesurée pour la position des capteurs (70) centrée dans le plan YZ, c'est-à-dire le plan normal à X passant par l'axe du piston : l'avantage du capteur (85) sur un interféromètre ou une règle optique réside dans le fait qu'un capteur capacitif à emboitement est un capteur absolu, la valeur Co de la capacité de ce capteur étant une excellente référence d'origine, dont la qualité est bien supérieure à celle donnée par une butée. Le même argument vaut pour le capteur (22) et les capteurs (95).
Un robot positionne le piston à mesurer sur le système selon l'invention, comme décrit dans le préambule, page 3, ligne 6. à ligne 31. En principe, ce système mesure un grand nombre de pistons de la même série, et les cotes à mesurer sont connues avec une faible incertitude, notamment la distance h entre la tête de piston et l'axe Δ, alors le plateau (20) est préréglé à l'altitude z correcte, c'est-à-dire que les axes Δ et
X sont situés pratiquement dans le même plan horizontal ; en outre, le cylindre de référence (30) qu'il faut utiliser est connu d'avance ; simplement, ce cylindre de référence choisi (30) a été nécessairement escamoté pendant le stade de mise en place du piston, ne serait-ce que pour introduire le piston sur son support ; le retrait de (30) est effectué sans démonter (30) de son support (31 ), grâce à la table de translation (32) qui déplace (30) selon son axe X , cette version préférée du système selon l'invention utilise une translation (32) dont l'amplitude est 400 mm, de sorte que le cylindre de référence choisi (30) puisse être commodément mis en place dans le (ou retiré du) système de mesure. La translation (32) est réalisée par un vérin pneumatique rapide, avec simplement deux positions, avant et arrière, la butée avant étant la contre-pointe (33) , l'accostage sur (33), comme sur la butée AR, est freiné, puis une légère pression est maintenue pour assurer le bon centrage de (30) sur (33) Le robot de chargement/déchargement du piston n'est ici pas assez précis pour assurer d'entrée l'alignement correct des axes Δ et X , l'opération suivante consiste à corriger la position du piston pour amener l'axe Δ de l'alésage de tête de bielle à être presque confondu avec l'axe X , cet alignement est obtenu en profitant de ce que le cylindre de référence (30) a été nécessairement escamoté à ce stade de mise en place du piston, ne serait-ce que pour introduire le piston sur son support , les capteurs (70) ont été rapprochés de l'axe X' du mandrin (82), qui est par construction coaxial à l'axe du mandrin (31 ) et de la contre-pointe (33), c'est-à-dire très peu différent de ce que sera l'axe X du cylindre de référence quand celui-ci aura été mis en place" pour le mesurage du piston. Le rôle des capteurs (76), prévenir toute collision avec le piston, apparaît maintenant . ces capteurs (76), rapprochés de l'axe X' du mandrin (82), sont par la translation (84) approchés du piston , si l'axe Δ du piston n'est pas assez coaxial à X, l'un au moins des 4 capteurs (76) verra sa capacité atteindre la borne supérieure prédéterminée, ce qui provoquera immédiatement l'arrêt de l'approche par (84) , le plateau (20) sera alors entrainé en rotation θ(z) dans le sens induisant une diminution de la capacité du capteur (76) ayant franchi son seuil prédéterminé ; par approximations successives, le plateau (20) sera amené aux positions angulaire et verticale qui permettent l'introduction des 4 capteurs (70) dans l'alésage de tête de bielle, puis la position du piston sera affinée grâce aux mouvements θ(z), z et aux poussoirs solidaires des capteurs (90) de mesure du diamètre extérieur de piston, capteurs qui sont décrits dans le paragraphe suivant , ces mouvements sont effectués sous le contrôle des capteurs (71 ) qui ont pris le relais des capteurs (76) , le cylindre de référence (30) est alors introduit et les mesures des alésages peuvent commencer Les mesures des diamètres de jupe (en général, 18 diamètres (page 1 , lignes 10 à
1 3 )) sont effectuées sans contact par une (ou trois) paire(s) de capteurs capacitifs fixés sur le statif du système dans la direction Y (et ±45 degrés de Y) , ces capteurs (90) sont translatables radialement, leurs déplacements étant mesurés par des capteurs (95) dont les mesures ont des incertitudes inférieures à 0,5 μm (l'idéal étant encore une fois des capteurs capacitifs à emboitement) Les axes des capteurs (90) convergent, non pas vers l'axe de centre du piston, mais vers la parallèle à cet axe passant par le point Ω de l'axe Δ situé dans le plan YZ , la figure 1 montre ce point Ω, communément distant de e - 0,5 mm du centre O de la section du piston , la convergence des capteurs (90) vers Ω n'induit aucune erreur sur la mesure de D perpendiculairement à Δ mais, dans les deux directions diagonales, induiraient une erreur si les capteurs (90) étaient ponctuels cette erreur est calculée poui divers exemples eneur de mesure de D par un capteur ponctuel estimée a 0,8 μm poui 14 un piston de D = 100 mm et e = 0,5 mm, ou erreur de 3,5 μm si le gros piston de diamètre D - 140 mm et un décentrement e = 1 mm , l'erreur calculée est négligeable pour le premier exemple, elle ne l'est pas pour le second Pour parer cette difficulté, les capteurs (90) ont leur électrode mesurante (91 ) rectangulaire avec une longueur de 5 mm dans la direction horizontale normale a Z, et seulement
0,3 mm dans la direction Z, ce qui présente les deux avantages de la relative ponctualité de la mesure selon la direction Z et une parfaite immunité de la mesure vis-a-vis du possible décentrement e En outre, ces mêmes capteurs (90) étant comme le montre la figure 9, portes par une carcasse (92) remplissant la fonction de garde, celle-ci peut entrer dans les gorges du piston, grâce a son épaisseur dans la direction Z inférieure a 1 mm, c'est-a-dire plus fine que la plus petite largeur de gorge , ainsi, les électrodes (93) et (94), logées respectivement sur les faces supérieure et inférieure de (90) peuvent effectuer, sans contact, la mesure de la largeur des gorges Le mouvement vertical, z, du plateau (20) support du piston, mesure par le capteur (22) est utilise pour les mesures de D a différents niveaux comme pour les mesures de largeur des gorges Les diamètres de fond de gorges sont mesures par addition des données des capteurs (91 ) et (95) Si la machine a mesurer les pistons n'est pas utilisée pour le contrôle intégral de la production sur la chaîne de fabrication, la très severe contrainte du temps total alloue a l'ensemble des mesures peut être relâchée , alors un seul pont de mesures capacitives peut être multiplexe sur les 20 capteurs de la configuration minimale voire 38 capteurs si le système comporte 6 capteurs (90) tous équipes des capteurs (93) et (94), avec l'avantage évident du coût réduit pour la réalisation de ce système , outre le temps de mesure inévitablement plus long, la précision des mesures devient tributaire des instabilités dimensionnelles de l'ensemble du système les incertitudes de mesure ne pourront rester a l'intérieur du budget spécifie que dans une salle de métrologie, très bien stabilisée en température, et si le système est bien isole des vibrations, en raison de la durée des mesures Si au contraire le temps total de mesurage doit être limite a une dizaine de secondes tous les 9 capteurs mesurant l'alésage doivent travailler en parallèle (ou en séquence très rapide) et avoir chacun leur pont capacitif , les 13 capteurs (6 (91 ), 6 (95), (22)) doivent aussi av oir chacun leui pont, même si, dans la configuration décrite ils ne peuvent travailler en même temps que les 9 capteurs de I alésage , enfin les capteurs (93) et (94), au nombre de 2 ou de 12 selon qu'un seul ensemble (90) est équipé ou que les 6 (90) le sont, demandent eux aussi leur voie spécifique de mesure Chacune de ces voies de mesure, électronique de mesure capacitive et chaîne d'acquisition des tensions de sortie qui est commune à toutes les voies, peut toujours être contrôlée individuellement grâce à la commutation de l'électronique sur une ou mieux deux capacités étalons, à intervalles réguliers et surtout pendant les temps de repos puisque tous les capteurs ne travaillent pas simultanément La version préférée du système comporte 30 capteurs capacitifs, à savoir les 13 capteurs capacitifs de mesure des alésages 4 (71 ), 4 (74), 4 (76), et (85) , les 12 capteurs capacitifs de mesure de D que sont les 6 capteurs ((91 ) + (95)) , les 7 capteurs capacitifs de mesure des largeurs de gorges et des diamètres de fond de gorges que sont le capteur (22) + les 2 capteurs (93) + (94) installés sur deux des six capteurs (90) Enfin, deux capacités-étalons pour la vérification permanente du zéro et du gain sur 2 voies de mesure capacitive affectées à ces contrôles et aussi en réserve sur la machine
La version préférée du système, qui compte un total de 32 voies de mesure capacitive, utilise deux produits standard de la société Fogale-nanotech, à savoir deux électroniques modulaires MCM 160, à 16 voies multiplexées, pilotées par un microprocesseur «μ -DAS 16 » qui acquiert les mesures sur 16 bits et s'interface 0 directement, via RS232 ou RS485, avec un ordinateur ou un automate programmable Les 16 voies multiplexées de chaque MCM 160 ne sont pas parallèles, mais en série avec un temps de commutation de 0,2 milliseconde, soit 13,3 millisecondes pour la mesure des 4 rayons de l'alésage pour une position axiale et angulaire donnée des capteurs (70), avec une résolution de 12 bits , ou encore 5 1 7,7 millisecondes pour la mesure des 4 rayons de l'alésage pour une position axiale et angulaire donnée des capteurs (70). avec une resolution de 16 bits , le temps de mesure d'une section de l'alésage, avec 36 points / tour et 16 bits de résolution, est 0.16 seconde + le temps pris par les 9 rotations de 10 degrés Un robot de positionnement précis ne devrait pas mettre plus de 1 seconde poui o prendi e un piston, le placer correctement centi é sur l'axe X, puis après mesures, le remettre dans le panier de classement, , la mise en place du cylindre de réfeience, déjà monté sur son mandrin (3 1 ), peut prendre une demi-seconde . la mesure complète de l'alésage ( 14 sections mesur ées) dure 2,3 secondes, plus le temps pr is par les 14 fois 9 incréments de position, qui prend facilement autant de temps ; le retrait du cylindre de référence et des capteurs (70) peut prendre 0,5 s. ; les 18 mesures de D peuvent être prises en 1 seconde , celles des 3 gorges, 2 secondes supplémentaires , l'ensemble de ces opérations a duré presque 10 secondes. Le traitement des données est effectué pendant que le robot décharge le piston et prépare la mise en place du piston suivant , l'impression des résultats par jet d'encre du code identifiant ce piston est effectuée quand les mesures d'alésage du piston suivant vont commencer , le traitement des données ne consomme donc rien du budget de temps alloué, de même que le retour du plateau (20) à sa position initiale pendant le déchargement du piston.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. On peut concevoir d'autres variantes de réalisation du système de mesure des alésages ; l'architecture du système peut être modifiée ; notamment, les actuateurs (81 ) qui permettent l'asservissement de position des capteurs (71 ) peuvent être constitués par des dépôts de matériau piézoélectrique et de leurs électrodes de commande sur les lames (80) , les bilames piezo ainsi réalisés ont l'avantage supplémentaire de pouvoir amortir les vibrations de (80). Les électrodes des capteurs capacitifs peuvent présenter des formes et structures quelconques. Par ailleurs, les capteurs peuvent ne pas être capacitifs . tout ce qui a été décrit précédemment peut être transposé à d'autres types de capteurs sans contact, notamment inductifs (capteurs à courants de Foucault ou a réluctance variable) ou encore capteurs optiques (fibres optiques, télémètre autodyne à microlaser, ). Les électroniques de mesure capacitives ou celles pour les autres technologies peuvent être choisies sans autre limitation que les considérations habituelles de précision et de coût.

Claims

REVENDICATIONS
1 Banc de mesures des caractéristiques géométriques d'alésages de divers diamètres d'une pièce caractérisé en ce qu'un cylindre de référence (30) dont la surface extérieure a été identifiée (circularité de plusieurs sections, diamètre moyen de ces sections, rectitudes des génératrices) est placé dans l'alésage à mesurer δ, en position approximativement coaxiale à cet alésage et fixe par rapport à la pièce qui comporte cet alésage, en ce que les surfaces en vis à vis de l'alésage et du cylindre de référence (30) sont mesurées respectivement par au moins un capteur double (70), formé par 2 capteurs (71 ) et (74) placés coaxialement dos à dos, et en ce que les positions angulaires et axiales de ce ou ces capteur(s) double(s) (70) sont mesurées respectivement par le capteur angulaire d'un plateau tournant (83) qui porte le capteur double (70) et par le capteur axial (85) d'une platine de translation (84) portant le plateau tournant (83).
2 Banc de mesures, selon la revendication 1 , caractérisé par la présence de 2 objets-étalons (51 ) , constitués chacun d'un objet unique ou d'un ensemble comprenant une bague étalon (51 bis) et une cale étalon (51 ter), dont les diamètres Ψi, Ψ2 et les hauteurs Hi, H diffèrent peu des dimensions δ et h de l'objet à mesurer (1 ) , en ce que ces 2 objets-étalons sont placés, approximativement coaxiaux au cylindre de référence (30) et à l'alésage à mesurer, de part et d'autre de la pièce à mesurer, et en ce que la face de référence de la pièce à mesurer et les objets-étalons sont plaqués sur une surface plane (21 ) d'un plateau (20).
3 Banc de mesures selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que tout ou partie des capteurs sans contact utilisent le moyen capacitif
4 Procédé de mesure des caractéristiques géométriques d'alésages de divers diamètres de pièces, utilisant le banc de mesures de l'une des revendications 1 a 3, caractérisé par l'emploi d'un cylindre de référence (30) dont la surface extérieure a été identifiée, ce cylindre étant choisi parmi un ensemble de cylindres identifiés de sorte que son diamètre extérieur respecte les inégalités \2 \ . et ce cylindre (30) servant de cible à au moins un capteur (74), tandis qu'un capteur (71 ) placé au dos du capteur (74) et coaxial à celui-ci vise la surface de l'alésage (δ) à mesurer, les capteurs (71 ) et (74) faisant partie d'un capteur double (70), et en ce que le ou les capteur(s) double(s) (70) sont déplacés, mais d'une manière qui peut être peu précise, en rotation autour du cylindre (30) et en translation parallèlement aux génératrices du cylindre (30)
5 Procédé de mesures selon la revendication 4, caractérisé par l'emploi de capteurs doubles formés d'un capteur (71 ) de petites dimensions par rapport à celles du capteur (74)
6 Procédé de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur double (70) est porté par un bras (80) capable d'un asservissement de position approximative par un actuateur (81 ), piézoélectrique ou autre
7 Application du banc de mesures selon l'une des revendications 1 à 3 et/ou du procédé selon l'une des revendications 4 à 6 au mesurage des pistons de moteurs thermiques et plus spécifiquement aux alésages de tête de bielle du piston
8 Procédé de mesure selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les actuateurs (81 ) qui permettent l'asservissement de position des capteurs (71 ) peuvent être constitues par des dépôts de matériau piézoélectrique et de leur s électrodes de commande sur les lames (80), en ce que les bilames piezo ainsi réalisés ont l'avantage supplémentair e de pouvoir amortir les vibrations de (80)
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