Dispositif de lecture digitale des positions d'un organe mobile d'une machine
La présente invention se rapporte à un dispositif de lecture digitale des positions d'un organe mobile d'une machine, notamment d'une machine-outil de précision, comportant un dispositif de projection du nombre représentatif de la cote atteinte par cet organe mobile, ce dispositif de projection comportant un limbe chiffré dont la position angulaire correspond à chaque instant à la position de l'organe mobile, et une fenêtre de lecture.
De tels dispositifs de lecture digitale ont déjà été proposés, toutefois, ils présentent de graves inconvénients dont le principal est le défilement continu de l'image projetée de la chiffraison du limbe sur la fenêtre de lecture. En effet, au voisinage du zéro de lectures angulaires continues, I'opérateur peut aisément faire une erreur d'un tour entier.
La présente invention tend à remédier aux inconvénients précités par le fait que le dispositif de projection comporte un organe déflecteur dont la position est commandée par la position de l'organe mobile, provoquant un pivotement de l'axe optique de projection, de manière à maintenir en position centrée sur la fenêtre de lecture la projection d'un nombre du limbe chiffré correspondant à une position dépassée par l'organe mobile jus qu'à ce que cet organe mobile atteigne une position correspondant au nombre suivant du limbe chiffré et par le fait qu'au moment où l'organe mobile dépasse la position correspondant à ce nombre suivant, L'organe déflecteur provoque instantanément la projection de ce nombre en lieu et place du nombre projeté précédemment.
On entend par limbe chiffré, un limbe portant uniformément répartie sur sa périphérie une succession de chiffres permettant d'identifier sa position angulaire. Par chiffraison on entend l'ensemble de ces chiffres.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple une forme d'exécution du dispositif de lecture digitale selon l'invention.
La fig. 1 illustre la chaîne cinématique reliant l'organe mobile au dispositif d'indication fin.
La fig. 2 illustre le dispositif d'indication grossier à plus grande échelle.
La fig. 3 illustre à plus grande échelle une partie du dispositif de projection optique vu dans le sens de la flèche A de la fig. 1.
La fig. 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la fig. 3 à plus petite échelle.
La fig. 5 est une coupe à plus grande échelle suivant la ligne V-V de la fig. 3.
La fig. 6 est une coupe à plus grande échelle suivant la ligne VI-VI de la fig. 3.
La fig. 7 est une coupe à plus grande échelle suivant la ligne VII-VII de la fig. 3.
La fig. 8 illustre schématiquement le développement de cames de commande.
La fig. 9 illustre une partie du dispositif de projection à plus grande échelle.
La fig. 10 est une coupe suivant la ligne X-X de la fig. 9.
La fig. 1 1 est une vue de la fenêtre de lecture.
La fig. 12 est une vue schématique en perspective du dispositif optique de projection.
La fig. 13 est une vue schématique en perspective de l'entraînement de l'organe mobile et du mécanisme de compensation des erreurs de la vis d'avance.
La machine-outil ou la machine à mesurer équipée du dispositif de lecture digitale faisant l'objet du présent brevet comporte une vis de précision, pour l'entraînement d'un organe mobile, pivotée dans des paliers aménagés dans le bâti 1 de cette machine. Cette vis (non illustrée) est destinée à être accouplée à l'aide d'un accouplement à tourne vis 2, par exemple à un arbre d'entraînement 3.
Cet arbre d'entraînement 3 est muni d'une roue tangente 4 entraînée en rotation de façon connue par un moteur M.
Cette roue tangente 4 est reliée cinématiquement à un premier groupe de mesure par l'intermédiaire d'une couronne dentée 5, fixée rigidement sur l'une des faces frontales de la roue tangente 4, dont la denture est en prise avec un pignon 6 solidaire de l'extrémité d'un axe 7 pivoté sur une pièce tournante 8, elle-même pivotée sur l'arbre d'entraînement 3. Un contre-pignon 9, également en prise avec la couronne dentée 5, disposé à proximité immédiate du pignon 6 est monté fou sur l'axe 7 et est soumis à l'action d'un ressort tendant à le déplacer angulairement par rapport au pignon 6, ce qui a pour effet d'éliminer tout jeu pouvant exister dans I'engrène ment du pignon 6 et de la couronne dentée 5.
L'autre extrémité de l'axe 7 porte un couple de pignon 10 et contre-pignon 1 1 semblable en tout point au pignon 6 et au contre-pignon 9, mais d'un plus grand diamètre, tous deux en prise avec la denture d'une douille d'entraînement 12 du premier groupe de mesure. De cette façon, aucun jeu ne peut se faire jour dans l'engrènement des pignons 10 et 1 1 et de cette douille 12.
Grâce à la différence de diamètre existant entre les pignons 6, 9 et 10, 1 1 et au fait que la pièce tournante 8 peut effectuer des déplacements angulaires par rapport à l'arbre d'entraînement 3, il est possible, en modifiant la position angulaire de cette pièce tournante 8, d'introduire un décalage entre la douille donc le premier groupe de mesure - et l'arbre d'entraînement 3, donc de la vis de mesure.
Cette particularité est utilisée pour introduire une compensation des erreurs de la vis de mesure. En effet, la pièce tournante 8 porte un bras 13 dont l'extrémité se termine par une fourche dans laquelle est engagée une biellette 14 solidaire d'un arbre de correction 15 pivoté sur le bâti 1 de la machine. Cet arbre de correction 15 porte à son autre extrémité un palpeur P déplaçable axialement le long de l'arbre de correction 15 mais angulairement solidaire de celui-ci. Ce palpeur est entraîné dans les déplacements longitudinaux de l'écrou T, engrenant avec la vis V et relié mécaniquement à l'organe mobile O de la machine, par l'intermédiaire d'un bras B de cet écrou T dont l'extrémité libre est engagée dans une portion de gorge circulaire pratiquée dans la périphérie du palpeur P.
Ce palpeur P présente en outre un ergot S venant en contact avec la tranche supérieure d'une came C longitudinale constituant un organe d'étalonnage. Un ressort R tend à déplacer l'arbre de correction 15 angulairement de manière à maintenir constamment l'ergot S en contact avec la came C.
Lorsque l'écrou T se déplace le long de la vis V sous l'effet de la rotation de cette dernière, il entraîne le palpeur P dans ses déplacements longitudinaux, ce qui provoque un déplacement angulaire de l'arbre de correction 15 proportionnel à l'erreur locale de la vis de mesure à l'endroit utilisé de celle-ci. Le déplacement angulaire de l'arbre de correction 15 provoque par l'intermédiaire de la biellette 14, un déplacement angulaire de la pièce tournante 8, et donc un décalage angulaire du premier groupe de mesure par rapport à l'arbre d'entraînement 3.
De cette façon, en déterminant la forme de l'organe d'étalonnage en fonction des erreurs de la vis, compte tenu du rapport de transmission introduit par la biellette 14, la pièce tournante 8 et les couples de pignons 6, 9 et 10, 11, il est possible de compenser exactement les erreurs de la vis de mesure.
La douille d'entraînement 12 est clavetée sur un axe creux 16 pivoté sur le bâti de la machine et situé dans le prolongement axial de l'arbre d'entraînement 3. L'une des extrémités 17 de cet axe creux 16 émerge hors du bâti de la machine. Approximativement au milieu de la longueur de cet axe creux 16, se trouve un disque 18 solidaire de l'axe 16. Ce disque 18 renferme un mécanisme de verrouillage comprenant un verrou 19 dépla çable radialement dans un logement pratiqué dans le disque 18 et soumis à une action élastique 20 de rappel tendant à le maintenir dans une position escamotée, c'està-dire entièrement dissimulé à l'intérieur du logement pratiqué dans le disque 18.
L'extrémité libre 21 de ce verrou 19 présente la forme d'une dent qui est destinée à entrer en prise, lorsque le verrou 19 est en position active, avec une denture annulaire intérieure 22 portée par une pièce porte-limbe 23. L'extrémité interne du ver rou ; t9 comporte un poussoir s'étendant radialement au travers du disque 18 et d'un perçage pratiqué dans la paroi de l'axe creux 16 pour émerger, en position esca mottée du verrou, à l'intérieur du vide central de cet axe creux 16.
La pièce porte-limbe 23 est pivotée sur l'axe creux 16 et porte un limbe annulaire chiffré fin 24 situé dans un plan perpendiculaire à l'axe de révolution de la pièce porte-limbe 23.
Le premier groupe de mesure comporte encore un disposicif d'actionnement du verrou 19, verrouillant la position angulaire de la pièce porte-limbe 23 d'une part, et entraînant cette pièce porte-limbe 23 dans ses déplacements angulaires d'autre part.
Ce dispositif d'actionnement comporte une tige 25 coulissant librement dans le vide central de l'axe creux 16 et dont l'une des extrémités, celle émergeant hors de cet axe creux 16, comporte un organe de manoeuvre 26, tandis que l'autre extrémité est soumise à l'action d'un ressort 27 s'étendant entre un bouchon vissé 28 formant l'extrérslité de l'axe creux 16 et la tige 25. Ce ressort tend à maintenir la tige 25 dans une position pour laquelle une portée 29 de cette tige se trouve en regard du poussoir du verrou 19 et maintient ce dernier en position active, pour laquelle la pièce porte-limbe est verrouillée, contre l'action du ressort 20.
Cette tige 25 présente une portion de plus faible diamètre 30 qui, lorsque cette tige est déplacée axialement contre l'action du ressort 27 vient en regard du poussoir du verrou 19, de sorte que ce dernier échappe à la denture annulaire 22 et libère la pièce porte-limbe 23.
Ce dispositif d'actionnement comporte encore un pignon 31 solidaire de et coaxial à la tige 25 dont la longueur est suffisante pour qu'il engrène, quelle que soit la position axiale de cette tige 25, avec une roue dentée 32 pivotée sur un bossage de l'axe creux 16 et en prise avec une denture annulaire interne 33 aménagée sur une jante 34 portée par la pièce porte-limbe 23.
En outre, la position axiale normale de la tige 25 est définie par une butée 35 contre laquelle un épaulement de cette tige 25 vient buter sous l'action du ressort 27.
Le limbe fin 24 porte, uniformément répartis sur toute sa circonférence une première série de nombres croissant de 0 à 999 et une seconde série de nombres décroissant de 999 à 0 et la liaison cinématique de ce limbe 24 avec la vis de mesure ainsi que le pas de celleci sont tels qu'une rotation d'un millième de tour du limbe 24 corresponde à l'avance de 1 slm de l'organe mobile entraîné par la vis de mesure.
En position normale de la tige 25 (fig. 1), la pièce porte-limbe 23 est verrouillée angulairement, de sorte que le limbe est entraîné en rotation pour tout déplacement angulaire de la vis de mesure. Par contre, l'opérateur peut, pour le réglage du zéro par exemple, modifier manuellement la position du limbe 24 par rapport à celle de la vis en enfonçant l'organe de manceuvre 26 et en le tournant. En effet, I'enfoncement de cet organe de manceuvre provoque le déverrouillage du limbe 24.
Ce premier groupe de mesure ou groupe de mesure fin est relié cinématiquement par l'intermédiaire d'une pièce de liaison 36 pivotée sur la douille d'entraînement 12 et dont l'une des extrémités est fixée rigidement sur la pièce porte-limbe 23, tandis que l'autre présente une roue à denture hélicoïdale 37 en prise avec une roue hélicoïdale portée par l'extrémité d'un arbre de transmission 38 s'étendant perpendiculairement à l'axe du premier groupe de mesure, à un second groupe de mesure ou groupe de mesure grossier illustré à la fig. 2. En effet, l'autre extrémité de l'arbre de transmission 38 porte une roue hélicoïdale 39 qui engrène avec une denture héli coïdale 40 pratiquée sur la périphérie d'une douille d'entraînement 12' du second groupe de mesure.
Au fait près que certaines pièces constitutives de ce second groupe de mesure présentent des formes quelque peu différentes de celles des pièces correspondantes du premier groupe de mesure, la réalisation et le fonctionnement de ce groupe de mesure grossier est identique au premier groupe de mesure. C'est pourquoi les pièces de ce second groupe de mesure ne seront pas décrites en détail ici. Les pièces de ce second groupe de mesure portent les mêmes chiffres de référence, munis de l'indice prime, que les pièces correspondantes du premier groupe de mesure.
Il faut noter que le second groupe de mesure est entraîné aussi bien lorsque le premier groupe de mesure est entraîné par l'arbre d'entraînement 3 que lors de la remise à zéro du premier groupe de mesure. En outre, la liaison cinématique entre les deux groupes de mesure est telle que le limbe grossier 24'effectue une avance d'une division pour chaque révolution complète du limbe fin 24. De sorte que si le limbe chiffré grossier 24' présente également une chiffraison, répartie uniformément sur sa périphérie, allant de 0 à 999, chaque graduation de ce limbe grossier représente un millimètre. Ce limbe grossier comporte également une seconde série de nombres décroissant de 999 à 0.
L'indication de la position de l'organe mobile s'effectue par la lecture des chiffres des limbes grossier 24' et fin 24 situés en regard d'une position de référence. Cette lecture est effectuée à l'aide d'un dispositif de projection illustré en détail aux fig. 3 et 11 et très schématiquement à la fig. 12.
Dans la forme d'exécution illustrée, la position de référence mentionnée ci-dessus est choisie comme étant pour chacun des limbes 24, 24', la portion de ceux-ci situés à proximité l'un de l'autre sur un axe reliant les centres de rotation de ces limbes.
Ce dispositif de projection est en fait double puisqu'il faut projeter simultanément les chiffres des deux limbes qui sont placés en regard de la position de référence.
Ce dispositif de projection comporte pour la lecture du chiffre porté par le limbe grossier 24', une source lumineuse 41 éclairant au travers d'un objectif 42 un miroir 43 renvoyant les rayons lumineux sur un second miroir 44 renvoyant les rayons lumineux au travers du limbe 24, au droit de la position de référence, sur un troisième miroir 45, puis par un jeu de miroirs 46 et 47 sur une fenêtre de lecture 48.
Si le miroir 45 était fixé sur le bâti de façon rigide, la projection des chiffres du limbe grossier défilerait uniformément devant la fenêtre et à certains moments, dépendant du positionnement de l'organe mobile, la projection partielle de deux chiffres successifs apparaîtrait sur la fenêtre de lecture 48, ce qui constitue une ambiguïté très gênante pour la lecture du système grossier, Ferreur pouvant être grande.
Pour remédier à cet inconvénient, la forme d'exécution décrite comprend un dispositif permettant de maintenir en position centrée sur la fenêtre de lecture 48 la projection d'un nombre du limbe chiffré grossier correspondant à une position dépassée par l'organe mobile jusqu'à ce que cet organe mobile atteigne une position correspondant au nombre suivant du limbe chiffré, puis qu'au moment où l'organe mobile dépasse la position correspondant à ce nombre suivant, ce nombre suivant soit automatiquement et instantanément projeté en position centrée sur la fenêtre de lecture en lieu et place du nombre projeté précédemment.
Pour ce faire, le miroir 45 est constitué par un déflecteur, c'est-à-dire que ce miroir 45 est monté de manière oscillante par rapport au bâti de la machine, comme on le verra plus loin.
Ce miroir 45 est en effet fixé sur un support 51 porté par l'extrémité d'un axe 52 pivoté sur l'extrémité d'une pièce 53 fixée rigidement sur le bâti de la machine.
L'autre extrémité de cet axe 52 porte une roue dentée 54 en prise avec un pignon 55 solidaire d'une douille 56 pivotée sur une portion cylindrique de révolution d'un axe 57 pivoté lui-même sur ladite pièce 53. La portion cylindrique de cet axe 57 s'étend sur la moitié de sa longueur environ et présente une section polygonale, carrée dans l'exemple illustré, sur son autre partie.
La liaison cinématique est donc telle entre cet axe 57 et le miroir 45 que ce dernier suit, dans un sens inverse, tous les déplacements angulaires de cet axe 57.
La pièce 53 a une forme telle, qu'une fois fixée sur le bâti dans sa position de service, le miroir 45 soit situé en regard de la chiffraison du limbe grossier, au droit de la position de référence de celui-ci et que la partie carrée de l'axe 57 soit située dans un plan parallèle au limbe fin 24 mais en regard d'une face, parallèle au limbe également, de la pièce porte-limbe 23.
Cete face annulaire de la pièce porte-limbe 23 porte une couronne 58 dont la surface libre est munie de deux saillies annulaires dont les faces frontales 59, 60 respectivement constituent une came.
Chacune de ces cames 59, 60 est associée avec l'une des séries de nombres de 999 à 0 ou de 0 à 999 du limbe fin 24 et comporte une partie d'épaisseur croissant linéairement s'étendant sur pratiquement toute leur périphérie (999/1000 de tour) et une partie décroissante brusque sur 1/1000 de tour, cette dernière partie étant située entre les nombres 999 et 0 portés par le limbe fin. Ces cames sont donc de sens opposés puisqu'elles ont une épaisseur croissante allant dans le sens croissant de la suite de nombre à laquelle elles sont associées.
Un palpeur 61 est porté par un support 62 coulissant librement le long de la partie carrée de l'axe 57. Ce support 62 porte une extension de guidage prenant appui sur la douille 56.
Un ressort 63 fixé d'une part sur le support 51 du miroir 45 et d'autre part sur la pièce 53 tend à déplacer ce miroir 45 angulairement et par là même à appliquer le palpeur 61 contre l'une des cames 59, 60 suivant la position axiale du support 62 par rapport à l'axe 57.
Lorsque le palpeur 61 est en contact avec la partie la plus basse, c'est-à-dire de plus faible épaisseur, d'une des cames 59, 60, le miroir 45 est dans une position telle que la projection d'un nombre du limbe grossier 24' se trouvant exactement en regard de la position de référence, soit parfaitement centrée sur la fenêtre de lecture 48.
L'amplitude de la levée, soit l'épaisseur des cames 59, 60, est déterminée de telle façon que le nombre du limbe grossier correspondant aux premières décades de la cote représentative de la position de l'organe mobile soit projeté en position centrée sur la fenêtre de lecture jusqu'à ce que l'organe mobile atteigne et dépasse la position correspondant au nombre suivant du limbe grossier 24'.
En effet, soit par exemple l'organe mobile positionné à la cote 542, 000mm et que l'on déplace cet organe mobile jusqu'à la cote 543, 000mm le limbe fin va effectuer une révolution complète, tandis que le limbe grossier va effectuer une rotation d'un millième de tour.
Pendant la rotation du limbe fin 24 correspondant à la projection successive des nombres 001 à 999, le palpeur 61 sera progressivement déplacé par la came 59 et provoquera une déflection de la projection du nombre du limbe grossier 542, de telle sorte que malgré la rotation du limbe grossier, la projection de ce nombre 542 soit centrée sur la fenêtre de lecture. Puis, lors de la rotation du limbe fin d'une position correspondant à la pro jection du nombre 999 à celle du nombre 000, ; le pal- peur 61 redescend la partie raide de la came 59 et le nombre suivant 543 du limbe grossier est immédiatement projeté en position centrée sur la fenêtre de lecture.
De cette façon, grâce au déplacement angulaire du miroir 45 piloté par la rotation du limbe fin, il est possible de lever toute ambiguïté relative aux premières décades de la cote de l'organe mobile, en effet, malgré la rotation continue du limbe grossier, la projection d'un nombre de celui-ci est maintenue en position centrée sur la fenêtre de lecture jusqu'au moment où l'organe mobile a atteint et dépassé la cote correspondant au nombre suivant de ce limbe grossier.
La projection des nombres portés par le limbe fin est réalisée d'une façon analogue à celle du limbe grossier à l'aide d'une source de lumière, d'un premier et d'un second miroir (non illustré) et des miroirs 46, 47 au fait près que le miroir 50, correspondant au miroir 45 de la projection du limbe grossier, est fixe. En effet, il n'est pas utile, pour la plupart des applications, de lever l'ambiguïté pouvant exister entre la projection de deux nombres du limbe fin, ceux-ci représentant un écart de positionnement très faible, de 1 m dans l'exemple décrit, de l'organe mobile.
La raison pour laquelle il y a dans l'exemple illustré, une duplication des séries de nombres portés par les limbes grossier et fin et des cames 59, 60 est d'avoir une chiffraison croissante pour l'un ou l'autre sens de déplacement de l'organe mobile.
I1 est dès lors évident que seuls les nombres considérés de l'une des deux séries doivent être visualisés à un instant donné. Ceci est réalisé par un cache dépla çable devant la fenêtre de lecture. La fenêtre de lecture 48 est tout d'abord divisée en deux domaines, l'un G pour la projection du limbe grossier et l'autre F pour la projection du limbe fin. Ensuite, chaque série de nombres est projetée à l'intérieur du domaine correspondant en des positions distinctes, l'une C pour les nombres croissants et l'autre D pour les nombres décroissants.
Un cache 63 déplaçable à l'aide d'un organe de manoeuvre 64 permet de libérer simultanément les parties
C et d'obturer les deux parties D des deux domaines G et F et vice versa. L'exécution de tels caches étant classique, elle ne sera pas décrite en plus de détails ici.
Il est évident que lorsque l'usager change de série de nombre et déplace donc ledit cache 63, il doit également positionner le palpeur 61 sur la came 59 ou 60 correspondante. Ceci s'effectue à l'aide d'un organe de manoeuvre 64' pivoté dans le bâti 1 de la machine et comportant un téton 65 excentrique engagé dans une rainure 66 du support 62. Lorsque l'usager effectue un demi-tour du bouton 64', il provoque un déplacement latéral du support 62 le long de l'axe carré 57 d'une distance telle que le palpeur passe d'une position située en regard de la came 59 jusqu'à une position située en regard de la came 60. Ces deux positions de service sont déterminées par l'entrée en contact d'organes de butées 67 entraînés dans la rotation du bouton 64' venant en contact d'une goupille 68 fixée dans la pièce 53.
Dans la forme d'exécution décrite et illustrée, la rainure 66 est de profondeur variable, de sorte que pendant le déplacement d'une position de service à l'autre du support 62, celui-ci subit un déplacement angulaire dans le sens de la flèche f, dû à l'entrée en contact du téton 65 avec le fond de la rainure 66, de sorte que le palpeur est dégagé des cames 59, 60 pendant son déplacement latéral d'une came à l'autre.
I1 est évident que dans une variante, les organes de manoeuvre 64 et 64'pourraient être interconnectés de sorte que le déplacement de l'un d'eux provoque simultanément le déplacement du cadre 63 et du palpeur 61.
I1 est évident que dans des variantes, le limbe fin pourrait également être projeté de la façon décrite pour le limbe grossier afin de lever l'incertitude sur les dernières décades de la cote de l'organe mobile. Dans ce cas, le miroir 50 serait commandé dans ses déplacements par des cames portées par un disque relié cinématiquement au limbe fin et effectuant une révolution complète pour le passage d'un nombre au suivant porté par le limbe fin.
D'autre part, l'exemple décrit comporte deux limbes, mais il est évident que dans des variantes, la machine pourrait comporter 1, 2 ou plusieurs limbes chiffrés.
Dans une autre variante, le déflecteur pourrait être constitué par un verre plan parallèle situé sur l'axe optique de projection du limbe grossier. Ce verre plan parallèle serait également entraîné dans des déplacements angulaires commandés en fonction de la position angulaire du limbe fin.
Dans une autre variante, le miroir 45 pourrait être remplacé par un prisme à réflexion totale.
D'une manière générale, il suffit, pour atteindre le but recherché, qu'un déflecteur soit placé dans le chemin optique de la projection que l'on désire rendre fixe et qu'il soit actionné par un mécanisme d'entraînement dans des mouvements cycliques, le cycle complet de ces mouvements correspondant au passage d'un nombre à l'autre ou d'un repère à un autre de la graduation projetée.