CH615379A5

CH615379A5 -

Info

Publication number: CH615379A5
Application number: CH1193177A
Authority: CH
Inventors: David Roberts Mcmurtry
Original assignee: Rolls Royce; Renishaw Electrical Ltd
Priority date: 1976-09-30
Filing date: 1977-09-29
Publication date: 1980-01-31
Also published as: FR2366541B1; FR2366541A1; JPS5388754A; IT7722374U1; JPS5773608U; DE2742817A1; SE7710571L; US4155171A; IT1087630B; JPS6044603B2; JPS5786002A; DE2742817C3; GB1593050A; DE2742817B2; SE438908B

Description

La présente invention concerne une sonde de contact comprenant un premier membre supporté par un second membre en trois endroits au moins, l'un des membres comportant à chacun de ces endroits un élément de support logé entre une paire associée de surfaces convergentes prévues sur l'autre membre, un moyen pour pousser, en coopération avec les surfaces convergentes, le premier membre vers une position de repos, dans laquelle chacun des éléments de support est en contact avec les deux surfaces convergentes associées, de sorte que le premier membre peut être écarté de sa position de repos contre l'action du moyen de poussée, en faisant basculer ce membre autour d'au moins un des endroits de support, et un moyen pour détecter l'écart du premier membre de sa position de repos.

Une sonde connue du genre précité, qui comporte trois endroits de support disposés symétriquement autour de l'axe du premier membre, ou corps de la sonde, présente l'avantage que le second membre, auquel une aiguille est fixée, est supporté sur le premier membre de façon parfaitement stable.

Lors de son utilisation, la sonde est montée dans un appareil pour mesurer des coordonnées qui est actionné de manière à déplacer la sonde vers une pièce manufacturée à mesurer. Lorsque l'extrémité libre de l'aiguille du second membre de la sonde entre en contact avec la pièce, le moyen de détection émet un signal rectangulaire qui indique que le contact est établi. Ce signal n'est cependant pas émis au moment même du contact, mais le corps de la sonde continue, avant la réponse du moyen de détection, à parcourir une petite distance par rapport à l'extrémité de l'aiguille, du fait que celle-ci est fléchie sous l'action de la force nécessaire pour surmonter la résistance du moyen de poussée. Pour compenser cette flexion, la longueur du mouvement de l'extrémité de l'aiguille par rapport au corps de la sonde est déduite de la distance mesurée.

Les sondes de contact connues du genre précité ont cependant l'inconvénient que l'intensité de la force de flexion varie selon sa direction d'application, ce qui nécessite l'utilisation peu pratique et indésirable en soi, de compensations de flexion différentes pour les directions différentes. La sonde connue présente ainsi des imprécisions variables allant jusqu'à celle correspondant au maximum de la différence d'intensité entre les forces de flexion différentes. Par exemple, selon qu'une force rectangulaire par rapport à l'axe du corps de la sonde, tende, suivant sa direction, à basculer l'aiguille autour d'un seul endroit de support ou autour de deux de ces endroits, l'intensité de force nécessaire pour basculer l'aiguille n'est, du fait de la géométrie de la disposition des endroits de support, dans ce dernier cas, que la moitié de celle du premier de ces cas, la compensation de flexion à pratiquer variant également du simple au double d'un cas à l'autre.

La présente invention a pour but de fournir une sonde de contact du genre précité qui permet d'éviter les inconvénients des sondes connues de ce genre tout en conservant leurs avantages.

La sonde de contact est, selon l'invention, caractérisée en ce que des surfaces de support additionnelles distantes des trois endroits de support sont prévues sur les premier et second membres, de manière à augmenter le nombre des endroits de support autour desquels le premier membre peut être basculé, les surfaces de support additionnelles associées des premier et second membres étant distantes l'une de l'autre d'un intervalle nul jusqu'à une limite prédéterminée.

La description suivante traite, à titre d'exemple, des modes de réalisation de la sonde de contact selon l'invention, en regard du dessin. Sur ce dessin:

La fig. 1 montre une vue latérale en coupe d'une sonde de contact qui est un mode de réalisation de la sonde selon l'invention.

La fig. 2 montre une vue en coupe selon la ligne II-II de la fig. 1, de la sonde de cette figure.

La fig. 3 montre une vue en coupe selon la ligne III-III de la fig. 1, de la sonde de cette figure.

La fig. 4 montre le schéma d'un circuit associé à la sonde de la fig. 1 pour produire un signal de commande.

La fig. 5 montre une vue latérale en coupe d'une sonde de

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contact qui est un autre mode de réalisation de la sonde selon l'invention.

La fig. 6 montre une vue en coupe selon la ligne VI-VI de la fig. 5, de la sonde de cette figure.

La fig. 7 montre une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la fig. 5, de la sonde de cette figure.

La sonde de contact, que les fig. 1 à 3 illustrent et qui est un mode de réalisation de la sonde décrite ci-après, comprend un corps 50 qui a un axe 51 et est fixé à un élément d'entrée 52 d'un appareil de mesure, au moyen d'une tige 53. Une aiguille 56 est fixée à une plaque 54 qui est supportée par le corps 50 et a un axe 55. Une extrémité libre en forme de sphère 57' de l'aiguille 56 est en contact avec une surface 58' d'une pièce manufacturée 59' qui est à mesurer. Les axes 51, 55 coïncident lorsque la plaque 54 est dans sa position de repos, que la fig. 1 illustre. La plaque 54 est supportée par le corps 50 en trois endroits A, B, C, situés sur le cercle correspondant ABC, concentrique à l'axe 51.

Un élément de support, formé par une paire de sphères 57, distantes tangentiellement par rapport au cercle ABC, est prévu à chacun des endroits de support A, B, C. Chacune de ces paires de sphères 57 forme une paire de surfaces convergentes 58. Un autre élément de support est formé par un cylindre poli en acier trempé, fixé à la plaque 54 et qui se prolonge radialement par rapport à l'axe 55.

Les cylindres 59 sont associés aux sphères 57 des endroits de support A, B, C, de manière à pouvoir glisser sur les surfaces convergentes 58 vers la position de repos de la plaque 54, selon la fig. 1, dans laquelle chaque cylindre 59 est en contact avec les deux surfaces convergentes 58 des sphères adjacentes 57 en deux points 61. Un ressort 60 est disposé entre le corps 50 et la plaque 54 de manière à la pousser vers sa position de repos. Les cylindres 59 et les surfaces 58 supportent la plaque 54 dans sa position de repos, selon la fig. 1. Le ressort 60 tend à empêcher la plaque 54 de s'écarter de sa position de repos en basculant autour des endroits de support A, B, C, en exécutant un mouvement transversal par rapport à l'axe 51 ou un mouvement de rotation autour de celui-ci.

Le corps 50 présente trois surfaces de support additionnelles, ou supplémentaires, planes 62 qui se prolongent entre les endroits de support A, B, C, à un niveau qui passe par les points 61. La plaque 64 présente trois surfaces de support additionnelles arquées 63 en saillie qui sont concentriques à l'axe 51 et se prolongent entre les cylindres 59 le long d'un cercle d'un diamètre égal à celui du cercle ABC. Un petit intervalle 64 sépare les surfaces 63, 62 de manière à permettre aux sphères 57 des trois endroits de support A, B, C d'assurer la stabilité de la position de repos de la plaque 54.

Comme les fig. 1 et 2 l'illustrent, une force FI qui agit sur la sphère 57' de l'aiguille 56, peut écarter la plaque de sa position de repos en la faisant basculer autour d'un axe BC, après avoir provoqué une déflexion X de la sphère 57'. Une force F2 qui agit dans la direction opposée à celle de la force Fl fait, par ailleurs, basculer la plaque 54 autour de l'endroit de support A, après avoir provoqué une déflexion 2X de la sphère 57', la distance entre l'endroit A et l'axe 51 étant, comme la fig. 2 le montre, égale au double de celle entre cet axe 51 et l'axe BC. Lorsque, après la déflexion X, la force Fl continue à déplacer l'aiguille 56, la surface 63 se rapproche de la surface associée 62 jusqu'à la disparition complète de l'intervalle 64. Dès lors, la force Fl augmente jusqu'à devenir égale à la force F2 et la déflexion de la sphère 47' devient égale à 2X. Le mouvement total de la sphère 57' de l'aiguille 56 par rapport au corps 50 de la sonde décrite est, cependant, du fait de la disparition de l'intervalle 64, égal à 2X+XC, où XC signifie le mouvement correspondant à la disparition de l'intervalle 64, comme la fig. 1 l'illustre. L'imprécision tolérée de la sonde décrite est donc égale à XC, en opposition à l'imprécision tolérée, égale à X, des sondes connues qui sont dépourvues des surfaces de support additionnelles 62, 63. La sonde décrite,

pourvue des surfaces 62, 63, présente ainsi un avantage par rapport aux sondes connues, tant que l'intervalle 64 est choisi assez petit pour que l'imprécision XC soit inférieure à l'imprécision X.

La bascule de la plaque 54 provoquée par les déplacements relatifs de l'aiguille 56 au-delà de la déflexion 2X+XC peut être détectée en utilisant les sphères 57 comme bornes d'un circuit non représenté pontées, de façon connue, par les cylindres 59. Alternativement, la bascule de la plaque 54 peut, comme les fig. 1 et 4 l'illustrent, être détectée par un transducteur 68 à noyau mobile 69 qui s'appuie légèrement contre le centre de la plaque 54. Le transducteur 69 est connecté à un trigger 73 par l'intermédiaire d'un pont à inductances 70, d'un redresseur 71 et d'un amplificateur 72, de manière à fournir un signal rectangulaire 74, lorsque la bascule de la plaque 54 dépasse une limite prédéterminée.

A part être basculée, l'aiguille 56 peut être déplacée vers le haut le long de l'axe 51, ou angulairement autour de celui-ci. Pour exécuter ce dernier déplacement, l'aiguille 56 est munie d'un prolongement latéral 56A, que la fig. 1 montre en traits mixtes. Comme les fig. 1 et 2 l'illustrent, le corps 50 présente, de préférence, des surfaces 65 adjacentes à un des cylindres 59, de manière à éviter un déplacement de l'aiguille 56, qui pourrait empêcher les cylindres 59 d'être relogés sur les sphères 57 associées des trois endroits de support A, B, C, dans la position correspondant à la position de repos de la plaque 54.

La sonde de contact, que les fig. 5 à 7 illustrent, et qui est un autre mode de réalisation de la sonde décrite ci-dessus, comprend un corps 10 qui a un axe 10a et dans lequel est logé un anneau 12 pourvu d'une rainure 13 d'une section transversale en forme de V, ouverte vers le haut. Plusieurs sphères polies 14, en acier trempé, sont logées dans la rainure 13. Une aiguille 15 est fixée à une plaque 16 qui a un axe 16a et est pourvue d'une rainure 17 d'une section transversale en forme de V, ouverte vers le bas. Plusieurs sphères polies 18, en acier trempé, sont logées dans la rainure 17. Chacune des sphères 18 est en contact avec une paire de sphères adjacentes 14. Chaque paire de sphères 14 présente deux surfaces convergentes 19, que la fig. 7 illustre. Chacune des sphères 18 présente une surface 20 qui est en contact avec les deux surfaces 19 des sphères adjacentes 14. Un ressort 21 pousse la plaque 16 vers l'anneau 12. Les sphères 14 sont, sous la poussée du ressort 21, en contact avec les sphères 18 dans des points 22 des surfaces 19, 20.

Pour assurer le contact entre chaque sphère 18 et les sphères 14 adjacentes, les sphères 14, 18 sont d'abord mobiles dans les rainures respectives 13, 17, de manière à rouler dans celles-ci, sous l'influence combinée du ressort 21 et des surfaces convergentes 19, dans une position dans laquelle chacune des sphères 14,18 est en contact avec une paire de sphères adjacentes 18, 14. Les surfaces 20 de chaque paire de sphères adjacentes 18 convergent de la même manière que les surfaces 19 de chaque paire de sphères 14 et les deux jeux de sphères 14, 18 se comportent de la même manière en ce qui concerne la mise en place des sphères 14, 18 dans les rainures correspondantes 13, 17. Afin d'assurer une mise en place satisfaisante et rapide des sphères 14, 18, un ressort 21 relativement fort peut être utilisé et on peut faire vibrer la sonde en tenant l'aiguille 15 en alignement avec l'axe 10a au moyen d'un gabarit approprié non représenté.

Les sphères 14, 18 sont mises en place de la manière décrite ci-dessus pendant qu'une résine époxy adhésive 14a, 18a, appliquée au préalable dans les rainures 13, 17, est encore tendre, l'adhésif durcissant ensuite sans perturber la position relative du corps 10 et de l'aiguille 15.

Lorsque le contact entre toutes les sphères respectives 14, 18 est établi, la plaque 16 repose sur le corps 10 dans une position stable. Lorsqu'à son entrée en contact avec une pièce à mesurer, une force est appliquée à l'aiguille 15, celle-ci est déplacée de manière à écarter la plaque 16 de sa position de repos. Lorsque la force cesse d'agir sur l'aiguille 15, l'action combinée du ressort 21

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et des surfaces convergentes 19, 20 fait glisser les sphères 14, 18 l'une sur l'autre jusqu'au rétablissement aux points 22 des contacts correspondant à la position de repos stable de la plaque 16.

Pour améliorer l'uniformité du contact entre les sphères 14, 18, on peut faire vibrer la plaque 16 tout en introduisant une fine poudre abrasive entre les sphères 14, 18.

Au minimum quatre sphères 14,18 sont logées dans chacune des rainures correspondantes 13,17. Chacune des rainures 13,17 de la sonde préférée des fig. 5 à 7 loge cependant six sphères respectives 14,18, de manière à fournir six endroits pour supporter la plaque 16 sur le corps 10. Pour obtenir une assise stable de la plaque 16 à trois de ces endroits de support, chaque deuxième sphère 18 peut être polie individuellement après le durcissement de la résine adhésive, de manière à diminuer la pression de contact ou à créer un petit intervalle 22A entre ces sphères 18 et les sphères 14 adjacentes. Ainsi, trois endroits de support assurent la position de repos stable de la plaque 16, des surfaces de support additionnelles espacées de ces trois endroits de support permettant d'améliorer la précision de la sonde, de manière identique à celle décrite en connexion avec la sonde des fig. 1 à 3.

L'écart de la plaque 16 de sa position de repos peut être détecté en utilisant les sphères 14,18 comme contacts électriques. A cet effet, la plaque 16 et l'anneau 12 sont faits en matière plastique de manière à assurer l'isolation électrique en même temps que la mobilité des sphères 14,18 lors de leur mise en place dans les rainures respectives 13,17. Comme la fig. 7 l'illustre, les sphères 18 sont connectées à un conducteur commun 23, tandis que les sphères 14 sont connectées à un déclencheur NI 25 par des conducteurs individuels 24, de manière qu'une sortie commune 26 soit mise à zéro lorsque le contact est interrompu à un quelconque des points 22. Lorsqu'on n'utilise que trois sphères 18 pour assurer la position de repos stable de la plaque 16, les contacts électriques sont limités à ces sphères 18 et aux sphères adjacentes 14.

Bien qu'en principe un nombre quelconque de sphères 14,18 puisse être utilisé, aucune amélioration de précision significative ne se produit au-delà d'un certain nombre de sphères 14,18. De bons résultats ont été obtenus avec quinze sphères par jeu, sans avoir besoin de recourir au polissage individuel de sphères décrit ci-dessus. Des sphères 14,18 d'un diamètre de 1 à 2 mm peuvent

être utilisées. L'utilisation de sphères de petit diamètre permet d'obtenir des sondes peu coûteuses dont le diamètre hors tout est inférieur à 15 mm. Lors de l'utilisation d'un grand nombre de petites sphères 14, 18, il est préférable de détecter l'écart de la 5 plaque 16 de sa position de repos au moyen d'un transducteur, non représenté, analogue au transducteur 68, 69 de la sonde des fig. 1, 4.

Dans une version légèrement modifiée, non représentée, de la sonde décrite, un des jeux de sphères 14,18 peut être remplacé par io un jeu de rouleaux coniques.

Dans une autre version légèrement modifiée, non représentée, de la sonde décrite, la plaque 16 peut avoir un diamètre inférieur à celui des fig. 5 à 7 et les sphères 18 peuvent être remplacées par des cylindres d'une section transversale circulaire, qui se pro-15 longent radialement à partir de la plaque 16, de manière à s'insérer entre les sphères 14.

Dans une autre version légèrement modifiée, non représentée, de la sonde décrite, un des jeux de sphères 14,18, par exemple celui des sphères 14, peut être logé dans des évidements appropriés de l'anneau 12 qui remplacent la rainure 13, La profondeur de ces évidements peut, au besoin, être choisie de manière à déterminer l'intervalle 22A.

La sonde décrite présente, en résumé, l'avantage majeur que la différence d'intensité des forces minimale et maximale nécessaires pour l'actionner est très petite. En augmentant le nombre des surfaces de support additionnelles 62, 63, 19,20, cette différence d'intensité diminue et, par conséquent, la précision de la sonde augmente, pour une compensation de flexion donnée.

L'intervalle 64, 22A nécessaire pour assurer la stabilité de la position de repos de la plaque 54, 16 doit être choisi de manière que la diminution de précision qu'il implique soit inférieure à l'amélioration de la précision fournie par l'introduction des surfaces de support 62, 63,19, 20 additionnelles aux trois endroits de support assurant la position de repos stable de la plaque 54, 16. La précision de la sonde est ainsi améliorée, même en présence des intervalles 64, 22A. La suppression des intervalles 64, 22A, en assurant un contact simultané entre les éléments de support 59,18 et les surfaces convergentes respectives 58, 19 des endroits de support ainsi qu'entre les surfaces additionnelles 62, 63,19, 20 respectivement, permet d'obtenir une assise stable de la plaque 54, 16, aussi bien qu'un maximum de précision de la sonde.

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REVENDICATIONS

1. Sonde de contact comprenant un premier membre supporté par un second membre en trois endroits au moins, l'un des membres comportant à chacun de ces endroits un élément de support logé entre une paire associée de surfaces convergentes prévues sur l'autre membre, un moyen pour pousser, en coopération avec les surfaces convergentes, le premier membre vers une position de repos, dans laquelle chacun des éléments de support est en contact avec les deux surfaces convergentes associées, de sorte que le premier membre peut être écarté de sa position de repos contre l'action du moyen de poussée, en faisant basculer ce membre autour d'au moins un des endroits de support, et un moyen pour détecter l'écart du premier membre de sa position de repos, caractérisée en ce que des surfaces de support additionnelles (62, 63 ; 19, 20) distantes des trois endroits de support (A, B, C), sont prévues sur les premier et second membres (54, 50; 16, 10) de manière à augmenter le nombre des endroits de support autour desquels le premier membre (54; 16) peut être basculé, les surfaces de support additionnelles associées (62, 63; 19, 20) des premier et second membres (54, 50; 16, 10) étant distantes l'une de l'autre d'un intervalle (64; 22A) nul jusqu'à une limite prédéterminée.
2. Sonde selon la revendication 1, dans laquelle les trois endroits de support (A, B, C) sont disposés symétriquement autour d'un axe (51), les surfaces de support additionnelles (62, 64) comprenant des surfaces planes (62) prévues sur l'un des membres (50), approximativement au niveau de ces endroits (A, B, C), et des surfaces en saillie (62) concentriques à l'axe (51), prévues sur l'autre membre (54).
3. Sonde selon la revendication 1, comprenant des éléments de support additionnels (14,18) dont chacun présente une surface de support additionnelle (19, 20), chacun de ces éléments (14,18) étant prévu sur l'un des premier et second membres (10,16) entre les endroits de support sur le cercle commun défini par ceux-ci, chacun de ces éléments (14,18) étant disposé entre une paire respective de surfaces additionnelles convergentes (20,19) prévue sur l'autre membre (16,10).
4. Sonde selon la revendication 3, dans laquelle les éléments de support additionnels sont constitués par une série circulaire de premières sphères (18,14) fixées à l'un des premier et second membres (16,10), les surfaces additionnelles convergentes (19, 20) étant des surfaces d'une seconde série de sphères (14, 18), dont chacune est fixée à l'autre membre (10, 16) entre deux sphères adjacentes de la première série.
5. Sonde selon la revendication 4, dans laquelle les premières sphères (18) sont disposées entre une paire de surfaces arquées (17) prévues sur le premier membre (16) de manière concentrique à la série des premières sphères (18), les secondes sphères (14) étant disposées entre une paire de surfaces arquées (13) prévues sur le second membre (10) de façon concentrique avec les secondes sphères (14), les premières et les secondes sphères (18, 14) étant fixées aux membres respectifs (16, 10) au moyen d'une résine synthétique durcie.
6. Sonde selon la revendication 3, dans laquelle les éléments de support additionnels (14,18) sont prévus au nombre de trois au moins.
7. Sonde selon la revendication 4, dans laquelle au moins quatre sphères (18,14) sont fixées à chacun des premier et second membres (16,10).