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L'invention concerne les machines ou appareils utilisés pour re - produire sur une pièce le profil, la forme ou le contour d'un modèle, dans lesquelles un outil travaillant la pièce se déplace en synchronisme avec un détecteur se déplaçant sur la surface du modèle, le but étant de fournir un dispositif perfectionné pour conjuguer les mouvements respectifs du détec- teur et de l'outil.
Un appareil suivant l'invention comprend un support pour la pièce à travailler, un support pour un dessin de modèle représentant le contour qu'on désire reproduire sur la pièce, ce contour étant tracé d'une manière contrastante avec le fond du dessin, une tête comprenant en combinaison un détecteur destiné à explorer le dessin et un outil destiné à se déplacer sur la pièce, des moteurs pour effectuer les déplacements relatifs entre le dessin et la tête combinée respectivement, dans deux directions perpendicu- laires l'une à l'autre,
le détecteur comprenant un dispositif émettant des signaux distinctifs des variations dans l'effet contrastant du contour du dessin et un dispositif' sensible à ces signaux pour actionner un des moteurs ou tous les deux suivant la nécessité pour reproduire dans la position de l'outil par rapport à la pièce le déplacement du détecteur par rapport au contour qui a provoqué les signaux.
Le pièce et le modèle sont de préférence montés sur des supports fixes, la tête portant le détecteur et l'outil étant mobile, mais il est bien entendu que l'invention s'étend à une disposition dans laquelle la tête est fixe tandis que la pièce et le modèle sont mobiles.
Les signaux émis par le détecteur peuvent être produits soit photoélectriquement soit électromagnétiquement. Dans le premier cas, il faut que la couleur du contour du dessin contraste avec le fond de manière que la quantité de lumière qu'il réfléchit puisse être mesurée photo- électriquement et l'invention prévoit dans le détecteur plusieurs systèmes optiques comprenant respectivement des cellules photoélectriques disposées quadratiquement de sorte que chacune d'elle est excitée par la lumière réfléchie par une partie différente du contour du dessin, le montage étant tel que l'effet résultant d'un déplacement relatif du détecteur par rapport au contour du dessin produit un état de déséquilibre entre les circuits des cellules qui provoque l'émission d'un signal qui, une fois convenablement amplifié,
actionne le moteur pour ramener le détecteur et par conséquent 1' outil dans une position pour laquelle le déséquilibre est corrigé. De cette manière, le détecteur et l'outil sont commandés de manière à suivre le contour du dessin qui est ainsi reproduit sur la pièce à travailler.
Lorsque les signaux du détecteur sont produits électromagnétiquement, le contraste du contour du dessin avec le fond est obtenu en traçant le contour au moyen d'un produit magnétique sur un fond non magnétique, par exemple par un trait d'encre contenant une poudre métallique en suspension ou bien un trait tracé avec une substance adhésive qui est ensuite saupoudrée avec une poudre magnétique ou encore au moyen d'une plume magnétique sur uns surface imprégnée d'une substance magnétique. Dans ce cas, le détecteur comprend un montage quadratique de quatre bobines de champ dans lesquelles les courants sont modifiés par l'effet électromagnétique de l'exploration du contour du dessin, les intensités relatives des courants dépendant de la proximité relative des bobines respectives du contour.
Des relais ou des lampes montés pour actionner les moteurs commandant les positions relatives du détecteur (et de l'outil) et du contour du dessin, peuvent être actionnés sélectivement par ces courants, les bobines étant en équilibre lorsque tous les signaux sont égaux en intensités et un déséquilibre dü au déplacement du détecteur par rapport au'contour du gabarit étant utilisé pour mettre en action les moteurs pour ramener le détecteur dans une position pour laquelle les courants dans les bobines sont d'égales intensités.
Une forme d'appareil incorporant l'invention, dans lequel les signaux émis par le détecteur et transmis au mécanisme de commande de l'outil sont produits photoélectriquement, est décrite ci-dessous et représentée sur les dessins annexés, dans lesquels :
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la Fig. 1 est une élévation de face de l'appareil; la Fig. 2 est une vue en perspective et partiellement en coupe de celui-ci; la Fig. 3 est une coupe verticale du détecteur; la Fig. 4 est un schéma représentant à plus grande échelle le trait du dessin vu du détecteur;
la Fig. 5 est un schéma des circuits en pont commandés par le système photoélectrique du détecteur, et la Fig. 6 est un schéma simplifié du circuit électrique de commande qui utilise les signaux émis par les circuits en pont du détecteur pour déclencher et contrôler les actions en réponse des moteurs qui comman- dent le réglage de l'outil.
Les Figs. 1 et 2 montrent que l'appareil comprend un socle 10 portant une table 11 sur laquelle on peut monter la pièce à travailler et la fixer de manière qu'elle puisse être travaillée par un outil 12. Cet outil 12 qui peut être une fraise entraînée par un moteur autonome 121, est monté sur un chariot 13 qui à son tour est monté sur des coulisses 14 qui sont elles-mêmes portées par un second chariot 15. Ce chariot 15 est monté sur des glissières 16 portées par les longerons 17 d'un cadre 171 enfermant l'appareil, la disposition étant telle que l'outil 12 peut être déplacé suivant l'une des directions ou suivant les deux directions respectivement indiquées sur la Fig. 2 par les flèches A et B.
Le déplacement du chariot 13 sur le chariot 15 dans le sens de la flèche A est obtenu par un moteur électrique 18 qui commande un écrou (non représenté) logé dans l'enveloppe 19 et qui coopère avec la vis d'entraînement fixe 20 tandis que le déplacement du chariot 15 sur les longerons 17 dans le sens de la flèche B est obtenu par un moteur électrique 21 qui entraîne un arbre cannelé 22 accouplé par un pignon et une vis sans fin (non représentés) à un arbre transversal 23 monté sur le chariot 15 et pourvu de pignons 24 en prise avec des crémaillères 25 fixées aux longerons 17.
Supporté par des bras 26 qui sont suspendus entre les longerons supérieurs 172 du cadre 171, se trouve un tableau 27 sur la face inférieure duquel est dessiné un contour (désigné par 28 sur la Fig. 2) sur un fond de couleur contrastante, ce contour 28 représentant un dessin de modèle du profil désiré pour la pièce finie.
Le chariot 13 porte un détecteur constitué par une tête optique qui est désignée d'une manière générale par la référence 29 sur les Figs.
1 et 2 et qui est décrite ci-après en détails avec référence au dessin à plus grande échelle de la Fig. 3. Cette tête optique 29 est montée sur un support fixe 291 par rapport auquel elle est susceptible d'être réglée quant à sa position sur le chariot 13, dans une quelconque des trois dimensions ou davantage afin que sa position par rapport à l'outil 12 puisse être réglée au cours de la préparation de la machine.
La Fig. 3 montre que la tête optique comprend un tube 30 pourvu d'une ouverture 31 à son extrémité supérieure, un système de lentilles de mise au point 32 et près de sa base, un réflecteur pyramidal 33. En face de chaque face inclinée de ce réflecteur 33, le tube 30 porte un tube auxiliaire 34 percé d'un trou d'épingle 35 à son extrémité inférieure et qui s'étend radialement par rapport au tube 30 jusqu'à une cellule photoélectrique 36 placée à son extrémité extérieure, cette cellule 36 étant montée sur un support annulaire 37 qui est fixé à l'extérieur du tube 30.
Chaque cellule 36 est protégée par une enveloppe en tôle 38. Des supports 39 faisant saillie d'un côté du tube 30 portent un autre tube 40 pourvu à la base d'une source lumineuse 41 et contenant un condensateur à lentilles 42 et un miroir incliné 43 qui sont disposés de manière qu'un faisceau lumineux émanant de la source 41 soit réfléchi par le miroir 43 à travers une ouverture latérale 44 sur un second miroir incliné 45 qui est monté à la partie supérieure du
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tube' 30 et qui projette le faisceau lumineux vers le haut pour illuminer le trait du dessin 28 sur le tableau 27.
Le système de lentilles 32 perçoit la partie illuminée du trait du dessin 28 et elle en produit une image agrandie qui, s'il n'y avait pas le réflecteur 33, serait située dans le plan X---I. Cependant, le réflecteur
33 a pour effet de disperser de chacune de ses quatre surfaces réfléchis- santes, un quadrant de cette image sur l'écran d'une des quatre cellules pho- toélectrïques 36.
L'image agrandie précitée est représentée sur le schéma de la figure 4 sur lequel la référence 281 désigne une représentation très agran- die du trait du dessin 28 et le cercle P enferme la zone du dessin illumi- née qui est perçue par le système de lentilles 32. Chaque surface réflé- chissante du réflecteur 33 reçoit de la lumière d'un des quatre quadrants délimités par les lignes en croix AC et BD et l'envoie dans la direction d' une des quatre ouvertures 35 dont la grandeur est telle que chaque cellule photoélectrique 36 reçoit la lumière réfléchie par une des quatre zones cir- culaires désignées par ab, bc, cd et da respectivement.
La distance du réflecteur 33 au système de lentilles 32 est de préférence réglable afin de faire varier la zone explorée permettant ainsi à l'instrument de s'accomoder de différentes épaisseurs de trait des contours du dessin. Comme le montre la Fig. 4, les parties extérieures des zones ab et cd ont des proprié- tés réfléchissantes de la lumière différentes de celles des parties dans les limites latérales du trait 281 du dessin 28.
Chaque paire opposée de cellules 36 est incorporée dans un circuit à pont de Wheatstone, comme c'est représenté schématiquement sur la Fig. 5, sur laquelle les cellules 36 qui correspondent aux zones illuminées ab et cd sont respectivement désignées par 361 et 362 tandis que les cellules correspondant aux zones bc et da sont respectivement désignées par 363 et 364. Des alternateurs 46 et 47 fournissent des tensions alternatives Va et Vb qui sont en quadrature de phase aux points E1F1 et E2F2 respectivement des deux circuits à ponts et le point V de chaque pont reçoit une tension de polarisation appropriée pour les paires associées de cellules 361, 362 ou 363, 364.
Lorsque le détecteur 29 occupe une position par rapport au trait du dessin 28 telle que les cellules 36 de chaque paire opposées reçoivent la même illumination des zones ab, cd ou bc, da, les deux ponts sont équilibrés et aucune différence de potentiel n'apparaît entre les bornes G1H1 ou G2H2. Si cependant, l'ouverture 31 de la tête optique 29 est déplacée par rapport au trait du dessin 28 dans le sens indiqué par la flèche Q (Figo 4), les cellules 361 et 362 reçoivent alors des quantités inégales de lumière des zones ab et cd et une tension alternative apparaît aux bornes G1 et Hl dont l'amplitude correspond à la grandeur du déplacement.
Si d'autre part, le déplacement a lieu dans le sens de la flèche R, la tension produite entre les bornes G1 et Hl est en opposition de phases avec celle produite dans le cas du déplacement dans le sens de la flèche Q. Donc, alors que l'amplitude de la tension entre les bornes Gl et Hl donne une mesure de la grandeur du déplacement dans les deux cas, la phase de cette tension indique le sens du déplacement. On décrira ci-dessous la manière de commander les moteurs 18 et 21 pour provoquer les réglages nécessaires de l'outil avec référence au schéma de la Fige 6 sur lequel le circuit à pont des cellules photoélectriques 361 et 362 est représenté par PBA et celui des cellules photoélectriques 363 et 364 par PBB.
Dans le but de faciliter les explications, on supposera qu'ini- tialement un seul pont de cellules photoélectriques donne une tension de sortie. Cette tension, après amplification en A1A est appliquée par un réseau de combinaison CN1 à un second amplificateur A2. La tension amplifiée est alors appliquée au circuit redresseur NC (qui, après une nouvelle amplifica- tion en A3, produit un courant continu proportionnel à l'amplitude de la tension alternative)et aussi à un circuit limiteur LC qui produit une ten-
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sion alternative d'amplitude constante, indépendante (dans de larges limites) de l'amplitude d'entrée.
Le courant continu et la tension alternative sont tous deux introduits dans le circuit de déphasage PSC qui donne à la sortie une tension alternative d'amplitude constante mais de phase variable, le décalage de phase introduit étant approximativement proportionnel à l'amplitude de sortie du pont de cellules photoélectriques PBA.
La sortie du pont PBA est appliquée via les réseaux de combinaison CNA et GNB aux sélecteurs DA et DB dont la fonction est de produire un courant continu proportionnel à la phase de la tension d'entrée par rapport à une tension de référence donnée introduite dans le sélecteur. Le sélecteur DA a comme tension de référence la tension Vb et le sélecteur DB la tension Va. On obtient le maximum de courant continu dans un sens à la sortie du sélecteur lorsque la tension d'entrée est en phase avec la tension de référence et le maximum de courant continu dans l'autre sens lorsque les tensions d'entrée et de référence sont en opposition de phase. Lorsque les deux tensions d'entrée sont en quadrature de phases, aucun courant continu ne sort.
Les amplificateurs magnétiques MA et MB amplifient les courants continus jusqu'à une valeur appropriée au fonctionnement des moteurs 18 et 21.
Si, initialement, la tête optique 29 est déplacée dans le sens Q d'une petite quantité à partir de la position symétrique représentée sur la Fig. 4, les zones ab et cd reflètent des quantités de lumière inégales et une tension est produite par un pont de cellules photoélectriques (supposé être PBA). Cette tension est initialement en phase avec Va, mais elle est décalée d'une petite quantité par le déphaseur PSC. La tension appliquée aux sélecteurs est par conséquent presqu'en phase avec Va et presqu'en quadrature avec Vb. Un fort courant continu est ainsi produit par le sélecteur DB et un courant relativement faible par le sélecteur DA.
Par une disposition appropriée des connexions, la sortie de l'amplificateur magnétique MB peut commander la tête 29 au moyen du moteur 21 dans le sens de la flèche Q et la sortie de l'amplificateur MA peut commander la tête 29 au moyen du moteur 18 dans le sens de la flèche B.
Le déplacement de la tête optique 29 par rapport à la ligne 28 est donc augmenté et la tension de sortie du pont à cellules photoélectriques augmente aussi. Il en résulte un plus grand décalage de phase et par suite une vitesse accrue du moteur 21 et une diminution de vitesse du moteur 18. Ce processus continue jusqu'à ce que le décalage de phases atteigne 90 et alors le sélecteur DB ne produit plus aucun courant tandis que le sélecteur DA produit le courant maximum. Le sens du déplacement de la tête optique est uniquement celui de la flèche R, c'est-à-dire parallèle à la ligne dont elle est écartée d'une quantité qui produit la tension nécessaire aux bornes du pont. Ceci est l'état de fonctionnement normal lorsque le détecteur suit une ligne droite parallèle à une des directions de déplacement.
Il est évident aussi que si l'écartement de la tête 29 par rapport à la ligne 28 augmente ou diminue de la quantité normale due aux changements de directions du trait du dessin, la modification du décalage de phases introduit provoque la création par les deux sélecteurs de courants qui réduisent ou augmentent l'écart suivant la nécessité.
Lorsqu'un changement de direction, par exemple de S à Q, est suffisant pour provoquer un déséquilibre du second pont de cellules photoélectriques PBB, une seconde tension de sortie du pont se combine alors avec la première en CNI et la tension résultante est appliquée au circuit de déphasage. Cette seconde tension est en quadrature de phases avec la première et par conséquent elle produit effectivement un déphasage de la tension combinée d'une quantité appropriée en plus du déphasage introduit subséquemment. Par une disposition appropriée des connexions, le résultat de l'introduction de cette seconde tension est d'accroître le déplacement dans la direction Q et de diminuer le déplacement dans la direction S, ce qui est le résultat désiré..