Dispositif pour la mesure en continu d'une cote sur une surface irrégulière
La présente invention a pour objet un dispositif pour la mesure en continu d'une cote sur une surface irrégulière d'une pièce mobile, par palpage direct au moyen d'un bras pourvu d'une pointe palpeuse, et pour l'indication de la mesure obtenue.
Lors de la fabrication de pièces mécaniques, il peut être désirable d'obtenir une mesure continue de la pièce pendant qu'elle est usinée ou que ses dimensions sont réduites progressivement, d'une autre manière, jusqu'à ce qu'elle ait ses dimensions finales.
On connaît déjà des micromètres qui assurent cette fonction. Ils comprennent généralement un ou plusieurs palpeurs (ou tâteurs) qui sont continuellement en contact avec la surface devant être mesurée et qui enregistrent ainsi les dimensions de ladite surface.
Toutefois, on se heurte à certains problèmes lorsque la surface à mesurer est irrégulière, c'est-à-dire lorsqu'elle présente des évidements, ou creux, relativement prononcés, par exemple lorsqu'un arbre cannelé est usiné sur un tour. Dans ce cas, le palpeur du micromètre a tendance à tomber dans les rainures axiales (ou creux) lorsque l'arbre tourne et que les rainures défilent devant le palpeur. Lorsque la nervure contiguë, ou saillie, de la cannelure vient ensuite en contact avec le palpeur, il se produit une réaction brusque au moment où le palpeur rencontre l'angle de ladite nervure. Cette réaction peut endommager le palpeur, étant donné que ce dernier peut être heurté durement par le bord de la nervure.
Le plus souvent, le palpeur rebondit simplement sur le bord de la nervure et perd contact avec la surface à mesurer de la nervure. 11 en résulte que le micromètre ne peut pas mesurer d'une manière plus précise le diamètre de l'arbre cannelé, étant donné que le palpeur rebondit continuellement sur la surface de cet arbre.
Dans des micromètres connus, on a cherché à s'opposer à cette tendance au rebondissement en bloquant synchroniquement le palpeur chaque fois que la partie creuse de la pièce à travailler passe sous ledit palpeur, ce qui empêche ce palpeur de tomber dans ladite partie creuse. Toutefois, cet artifice a des limites, telles que les suivantes:
a) les moyens de blocage ne fonctionnent pas effi
cacement pour les très grandes vitesses de la
pièce à usiner, b) il est difficile de réaliser la synchronisation de
l'organe de blocage dans les positions où se trou
vent les creux, c) la pièce à usiner doit comprendre un nombre
pair de creux, étant donné qu'un nombre impair
supprimerait le synchronisme du dispositif de
blocage, d) les creux, ou rainures et les nervures doivent être
de même largeur, e) la position des creux doit être bien définie et
exactement localisée pour synchroniser le dispo
sitif de blocage par rapport à ces creux.
La présente invention obvie aux restrictions mentionnées ci-dessus et vise à réaliser un dispositif de mesure micrométrique à palpage direct, qui soit susceptible de mesurer avec précision et d'une manière continue une surface irrégulière, quelle que soit sa vitesse d'usinage ainsi que la répartition et les dimensions des creux qu'elle présente.
Pour cela, le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif amortisseur relié au bras et capable de freiner ses déplacements aussi bien vers ladite surface que dans le sens opposé, et en ce que les valeurs mesurées correspondant à la position du bras sont détectées par un transmetteur qui donne à un instrument de mesure une impulsion proportionnelle aux valeurs maxima mesurées, en annulant les valeurs minima.
Etant donné que la pièce à usiner présente une surface irrégulière, le palpeur détectera et transmettra des mesures constamment variables. Si ces mesures variables étaient enregistrées sur un dispositif de lecture, tel qu'un appareil de mesure à cadran, I'index de cet appareil se déplacerait continuellement suivant un mouvement de va-et-vient et mettrait l'usager de la machine dans l'impossibilité d'effectuer une lecture précise.
Deux formes d'exécution du dispositif selon l'invention sont décrites ci-après à titre d'exemples en se référant au dessin annexé, sur lequel
la fig. 1 est une vue schématique, en élévation et avec arrachement partiel, d'une forme de réalisation préférée d'un micromètre à palpage direct suivant l'invention ;
la fig. 2 est une vue analogue à la précédente d'une autre forme de réalisation du micromètre selon l'invention;
la fig. 3 représente schématiquement le trajet du palpeur du micromètre des fig. 1 ou 2 sur une pièce à usiner irrégulière;
la fig. 4 est un schéma synoptique d'un dispositif pour transmettre les mesures effectuées par le micromètre à un appareil de lecture;
la fig. 5 est un schéma montrant les signaux existant en différents points du dispositif de la fig. 4, et
la fig. 6 enfin est un schéma d'une réalisation électronique du dispositif de la fig. 4.
Sur la fig. 1, on a désigné par 3 la base, ou socle, d'un micromètre qui est à monter sur un tour ou sur une autre machine-outil. Un bras palpeur 1 est articulé sur le pivot 2 de la base 3, ce bras étant muni, à une de ses extrémités, d'un palpeur 4. Le palpeur 4 est constamment en contact avec la pièce à usiner et le bras 1 pivote pour se soulever et s'abaisser sur la surface touchée par le palpeur 4.
L'extrémité opposée du bras 1 actionne des éléments transducteurs 5-A qui traduisent la position du bras 1 en un signal de mesure qui peut etre lu par l'opérateur de la machine. Lorsque le bras 1 pivote, il déplace verticalement une tige à plongeur 10 et un plongeur 7 dans un cylindre hydraulique 8. Le cylindre 8 est alésé dans la base 3 du micromètre et comprend un fond, des parois rigides et une membrane élastique 9 formant la paroi supérieure du cylindre. La tige 10 traverse une ouverture centrale ménagée dans la cloison 9 à laquelle elle est fixée rigidement et d'une manière étanche, à proximité de l'ouverture en question. Le plongeur 7 est ajusté dans le cylindre 8, avec un jeu de quelques centièmes de millimètre par rapport aux parois du cylindre.
Les parties mobiles les unes par rapport aux autres sont agencées de manière que le plongeur 7 ne vienne jamais en contact avec le fond du cylindre et que le jeu normal entre le plongeur et le fond du cylindre soit de l'ordre de quelques millimètres. La membrane 9 obture le haut du cylindre, tout en permettant simultanément le mouvement vertical libre du plongeur 7 et de la tige 10.
Le cylindre 8 est, à l'exception du volume du plongeur 7 et de la tige 10, complètement rempli d'un liquide visqueux qui doit être complètement exempt de bulles de gaz pour assurer un fonctionnement précis du dispositif.
On voit ainsi que toute tendance qu'aurait le palpeur 4, soit de tomber dans des creux, soit de rebondir sur des nervures d'une surface irrégulière, sera amortie par le fluide visqueux agissant sur le plongeur 7. Lorsque le palpeur 4 tend à tomber dans un creux, le plongeur 7 tend à être soulevé par le bras 1. Ceci l'oblige à comprimer le fluide visqueux qui se trouve dans la partie supérieure du cylindre, créant ainsi une pression positive sur le haut du plongeur et refoulant ledit fluide vers le bas, à travers l'intervalle situé entre les parois latérales du plongeur et du cylindre. Le mouvement ascendant du plongeur crée donc une pression négative sur la face inférieure dudit plongeur.
La pression positive s'exer çant au-dessus du plongeur et la pression négative s'exerçant au-dessous de ce plongeur tendent donc à stabiliser le plongeur et le bras palpeur 1, de manière que le palpeur 4 soit juste empêché de tomber dans le creux. Lorsque le plapeur 4 tend à rebondir sur le bord d'une nervure contiguë, l'opération est inverse et le palpeur sera maintenu en contact avec la surface de la nervure.
Le fonctionnement décrit ci-dessus du dispositif est représenté sur la fig. 3 sur laquelle on a indiqué par une ligne en trait mixte 17 le trajet du palpeur 4 sur une pièce à usiner 14 comprenant des nervures 15 et des rainures, ou creux, 16.
La membrane 9 présente une section transversale ondulée de manière que le mouvement de la tige de plongeur 10 ne provoque pas un changement quelconque du volume fermé par la membrane en question. Il va de soi, toutefois, que la construction du cylindre hydraulique et des parties qui y sont associées est susceptible de nombreuses modifications. sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention.
La fig. 2 représente une variante de la forme de réalisation représentée sur la fig. 1, variante dans laquelle les moyens amortisseurs hydrauliques 7 à
10 sont remplacés par des moyens amortisseurs électromagnétiques il - 13. Dans cette variante, on a désigné par 12 un ressort en lame qui est fixé au bras 1 et auquel est fixée une armature 11. On a désigné par 13 un électro-aimant qui est excité par un courant alternatif circulant sans interruption pendant le fonctionnement du micromètre. L'armature 1 1 vibre sur l'électro-aimant 13 avec une fréquence qui est le double de celle du courant alternatif d'excitation.
Ce contact mécanique pulsatoire entre l'armature 1 1 et le noyau de l'électro-aimant engendre une variation du contact de friction entre ladite armature et ledit noyau, contact qui résiste avec souplesse au mouvement vertical du bras 1 et sert ainsi de dispositif amortisseur de mouvement.
Les fig. 4 à 6 se rapportent au dispositif transducteur SA de la fig. 1. Ce dispositif traduit en un signal de mesure la position du bras 1. Le signal a produit par l'élément A (fig. 3. et 4) est reproduit schématiquement sur la fig. 5. On voit que ce signal ressemble assez à la forme réelle du trajet suivi par le palpeur 4 sur une surface irrégulière. Les dimensions de la surface en cours d'usinage diminuent progressivement de al à a2, etc., pour chaque cycle complet d'usinage, par exemple à chaque révolution complète d'un arbre sur un tour. Si le signal a était représenté sur un appareil à cadran l'opérateur de la machine verrait l'index exécuter un mouvement de va-et-vient, en conformité avec le pourtour supérieur et inférieur de la courbe a.
Pour éliminer cette variation, le signal a est est amené dans un élément B qui est un dispositif à mesurer les pointes ou crêtes. Ceci veut dire que l'élément B n'enregistre que les parties les plus élevées, ou pointes, de la courbe a et qu'il émet un signal b (indiqué par une ligne en traits pointillés sur la fig. 5) qui est une ligne droite horizontale correspondant au point le plus élevé de la courbe a.
Toutefois, une courbe telle que b n'indique pas, après chaque cycle d'usinage, la réduction progressive des dimensions de la pièce à usiner. C'est la raison pour laquelle un générateur d'impulsions D émet des impulsions périodiques pour abaisser le signal b et pour obliger le dispositif de mesure de pointes B à émettre de nouveaux signaux b2, b3, etc., qui correspondent aux nouvelles valeurs de pointe du signal a, après chaque cycle d'usinage. Le signal venant de l'élément B et modifié par des impulsions provenant de l'élément D, est indiqué par b-d sur les fig. 4 et 5.
On notera que, quoique la courbe b-d- n'ait que la moitié du nombre de creux que la courbe a, elle ne peut toujours pas être enregistrée effectivement sur un appareil de mesure, étant donné que l'organe de lecture effectuerait toujours un déplacement alternatif trop rapide pour permettre la lecture par un opérateur. Pour cette raison, le signal b-d est transmis à un élément C qui achemine le signal b-d à l'appareil indicateur R. Toutefois, l'élément C est associé au générateur d'impulsions D, de manière que, pendant que D émet, par exemple, des impulsions dl, l'élément C s'oppose à l'entrée dans l'appareil de lecture R, du signal abaissé b-d, tout en continuant à transmettre à R un signal égal à bl, jusqu'à ce que finisse l'impulsion dl. L'élément C transmet alors le signal b2 à l'appareil de lecture R.
Ceci se traduit par un signal c qui est représenté comme étant continu et dont l'amplitude diminue graduellement après chaque cycle d'usinage, de cl à c2, puis à c3, etc.
On notera particulièrement à ce sujet qu'il importe peu que les impulsions périodiques d aient lieu lorsque le palpeur se trouve sur une nervure ou sur un creux, étant donné que les impulsions d n'affectent que le signal de pointe b et qu'elles n'affectent pas le signal de mesure a. La seule condition à observer est qu'entre deux impulsions successives quelconques d, le palpeur 4 soit en contact avec une nervure pour engendrer un nouveau signal de pointe. Sur la fig. 5, par exemple, après l'impulsion dl, une nervure doit être rencontrée par le palpeur pour produire un nouveau signal de crête b2.
Les impulsions d n'ont pas besoin d'être synchronisées avec les creux de la pièce à usiner, tant que l'intervalle de temps entre impulsions est plus grand que l'intervalle de temps entre nervures successives touchant le palpeur 4.
On notera, en se référant à la fig. 5, que la courbe c n'indique pas strictement une mesure continue de la pièce à usiner, mais plutôt des indications périodiquement ajustées, c'est-à-dire mises à jour .
Ceci est parfaitement acceptable, tant que la fréquence d'ajustement est très proche de la fréquence du cycle d'usinage. Par exemple, les indications périodiques cl, c2, c3, etc., sont tout à fait acceptables tant qu'elles correspondent, respectivement, à des révolutions successives de 3600 d'un arbre sur un tour.
La fig. 6 représente schématiquement une réalisation électronique du dispositif de la fig. 4, étant entendu que le dispositif de ladite fig. 4 n'est pas limité à cette forme de réalisation spécifique, car d'autres moyens tels que des circuits pneumatiques ou hydrauliques, ainsi que d'autres circuits électroniques peuvent être agencés pour assurer les fonctions représentées sur la fig. 4.
Sur la fig. 6, un signal électrique a provenant du transducteur du micromètre (A sur les fig. 1 et 4) est amené à un dispositif à mesurer les pointes, ou crêtes, correspondant à B sur la fig. 4 et comprenant un redresseur B et un condensateur B1 reliés à la grille d'une triode B2. Le contact mobile D est relié mécaniquement au contact C, les deux contacts étant commandés simultanément par un relais 18. Le relais 18 est commandé par un circuit distinct qui est excité, soit en synchronisme avec la position de la pièce par rapport à l'outil d'usinage, soit indépendamment de cette position, suivant les exigences particulières de la pièce à usiner.
Lorsque les contacts C et D sont dans la position représentée en traits pointillés sur la fig. 6, le fonctionnement est le suivant: un signal de mesure a traversant le redresseur B et le condensateur B1, apparaît sous la forme d'un signal b. La triode B2 est conductrice en raison du potentiel (par rapport à sa cathode) de sa grille de commande qui est reliée au redresseur B et la triode C2 est conductrice parce que sa grille de commande est reliée à la cathode de la triode B2 par l'intermédiaire du contact C. Le signal de crête provenant de la capacité B1 est, par conséquent, traduit en un signal c qui traverse la triode C2.
Lorsque le relais 18 amène les contacts
C et D dans les positions représentées en traits pleins sur la fig. 6, le condensateur D1 applique une impulsion de dépression au signal de crête qui vient de B I et qui traverse la triode B2. Au même moment, le contact C supprime le signal b-d sur la grille de commande de la triode C2, éliminant ainsi toute liaison entre le signal abaissé b-d et le signal c qui va à l'indicateur R. En même temps que le contact
C supprime tout signal b-d sur la grille de commande de la triode C2, la capacité C1 assure la fonction consistant à maintenir le potentiel de la grille de commande de la triode C2 au même potentiel qu'avant son isolement de la cathode de la triode B2.
Ceci veut dire que, tant que le contact C est dans la position représentée en traits pleins, le condensateur C1 sert de mémoire, étant donné qu'il maintient uniforme le signal c, en raison du fait que le signal arrivant b-d a été éliminé du signal indicateur c.
On voit ainsi que, sur la fig. 6, les éléments B,
B1, et B2 traduisent le signal a en un signal b. Les éléments D et D1 appliquent une impulsion d'abaissement au signal b qui devient le signal b-d. Le signal b-d est transformé en un signal c par les éléments
C et C2 pendant les périodes où l'impulsion d'abaissement n'est pas appliquée, lorsque cette impulsion est appliquée, l'élément C supprime le signal b-d sur le signal c et l'élément C1 assure la fonction mémoire en maintenant le signal c à son dernier niveau. Les éléments B, B1 et B2 peuvent, par exemple, former le bloc B de la fig. 4, les éléments D et D1 peuvent constituer le bloc D, enfin les éléments C, C1 et C2 peuvent constituer le bloc C de cette même fig. 4.
Les triodes B2 et C2 ne modifient pas le profil des signaux respectifs qui les traversent, elles empêchent toutefois le signal des derniers étages du circuit de perturber le signal des premiers étages de ce circuit.
Le mouvement simultané des contacts C et D assure l'ajustement (mise à jour) du signal de mesure (de cl à c2, à c3, etc.) en synchronisme avec l'abaissement du signal de crête b.
Les moyens amortisseurs particuliers représentés sur les fig. 1 et 2 peuvent être remplacés par un nombre quelconque de moyens amortisseurs équivalents. Le circuit électronique représenté sur la fig. 6 est uniquement un des divers circuits électroniques possibles pour assurer les fonctions du dispositif schématisé sur la fig. 4, le dispositif représenté sur cette figure pouvant également être réalisé par un circuit hydraulique ou pneumatique.
Le dispositif de lecture décrit ci-dessus enregistrera d'une manière continue uniquement les mesures utiles détectées par le palpeur du micromètre, par exemple le diamètre extérieur des nervures d'un arbre cannelé et n'enregistrera pas la mesure inutile des cannelures.
On a donc réalisé un micromètre à palpage direct pouvant mesurer continuellement et avec précision des surfaces irrégulières ou discontinues donnant les résuláts-susvisés quels que soient le nombre, l'éten- due et la répartition des irrégularités sur lesdites surfaces et quelle que soit la vitesse de défilement de ces surfaces par rapport au palpeur du micromètre, un micromètre sûr, d'agencement simple et de fabrication économique.