CH619171A5

CH619171A5 -

Info

Publication number: CH619171A5
Application number: CH369177A
Authority: CH
Inventors: David Roberts Mcmurtry
Original assignee: Rolls Royce; Renishaw Electrical Ltd
Priority date: 1976-03-24
Filing date: 1977-03-23
Publication date: 1980-09-15
Also published as: JPH0152681B2; FR2345704B1; DE2712761B2; US4158919A; DE2712761C3; IT1115284B; FR2345704A1; DE2712761A1; JPS52145058A

Description

La présente invention concerne un appareil pour la mesure de déplacements sur au moins deux axes orthogonaux.

Dans certains appareils de mesure classiques, la tête de mesure comporte un boîtier, un palpeur articulé en un point d'un axe de référence de façon à pouvoir pivoter dans un plan contenant ledit axe et un transducteur de position monté entre le boîtier et le palpeur en un point décalé par rapport à l'axe pour mesurer les déplacements de l'extrémité de contact du palpeur perpendiculairement à l'axe de référence.

La présente invention a pour objet un appareil de ce type permettant aussi de mesurer les déplacements sur l'axe de référence.

L'appareil objet de l'invention est caractérisé en ce que la suspension du palpeur dans le boîtier permet également un mouvement le long de l'axe de référence, un second transducteur étant monté entre le palpeur et le boîtier pour mesurer les déplacements du palpeur au moins le long de l'axe de référence.

Les dessins annexés représentent à titre d'exemples plusieurs modes de réalisation de l'objet de l'invention.

La fig. 1 est une coupe longitudinale d'une tête de mesure réalisée selon les principes de l'invention.

La fig. 2 est une coupe transversale dans le plan II-II de la fig. 1.

La fig. 3 est un schéma électrique du circuit de mesure qui est associé à la tête des fig. 1 et 2.

La fig. 4 est une coupe longitudinale d'une seconde forme de la tête de mesure.

La fig. 5 est une coupe dans le plan V-V de la fig. 4.

La fig. 6 est un schéma électrique du circuit de mesure qui est associé à la tête des fig. 4 et 5.

La fig. 7 est une coupe longitudinale d'une troisième forme de la tête de mesure.

La fig. 8 est une coupe dans le plan Vili-VIII de la fig. 7.

La fig. 9 est un schéma électrique du circuit de mesure qui est associé à la tête des fig. 7 et 8.

La fig. 10 est une vue en élévation d'une autre forme d'exécution de l'appareil objet de l'invention.

La fig. 11 est un schéma électrique illustrant une variante du circuit de la fig. 3.

Les fig. 1 et 2 représentent une tête de mesure 9 comprenant un palpeur 10 monté par l'intermédiaire d'une lame de suspension élastique 11 dans un boîtier cylindrique 14. La lame de suspension 11 est une feuille mince d'un matériau élastique découpée de manière à former des branches flexibles 12 qui sont contenues dans un plan de suspension A-A orthogonal à l'axe de symétrie B de la tête de mesure. Le palpeur 10 est une tige allongée comportant deux collerettes 16 et 17 vissées l'une dans l'autre pour serrer entre elles la partie centrale 15 de la lame de suspension 11. La lame de suspension 11 comporte des oreilles opposées 18 permettant de la fixer dans le boîtier 14.

La fig. 2 montre la forme en plan de la lame de suspension 11 et la partie grisée 12A représente l'une des quatre branches flexibles 12 formant un U entre la partie centrale 15 et une partie périphérique 19 qui se termine par l'oreille 18. On comprend qu'une telle configuration de la lame 11 permet de réaliser une suspension élastique du palpeur.

Le boîtier 14 est fixé à l'extrémité d'une tige cylindrique 21 permettant de monter l'appareil sur une machine de mesure de coordonnées (connue en elle-même et non représentée) qui comporte trois chariots à mouvements mutuellement orthogonaux déplaçant la tête sur les axes X, Y et Z des fig. 1 et 2. Les mouvements du chariot sont détectés en permanence par rapport à des références fixes et la position instantanée de la tête de mesure est donc connue. En service, on approche la tête 9 de la pièce à mesurer jusqu'à ce que l'extrémité sphérique 22 de son palpeur touche une surface de la pièce. Lorsque le contact est établi, tout déplacement relatif de la pièce se traduit par un mouvement du palpeur dans la tête et la mesure de ce mouvement permet de calculer la position spatiale du point de contact du palpeur par rapport aux références de la machine de mesure.

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Au repos, c'est-à-dire lorsque l'extrémité 22 du palpeur n'est soumise à aucune force autre que la pesanteur, la lame de suspension 11 est entièrement contenue dans le plan A-A. Tout déplacement de l'extrémité 22 du palpeur se traduit par des flexions et/ou des torsions des branches 12. Plus précisément, un déplacement dans la direction X ou Y provoque un pivotement du palpeur dans un plan comprenant l'axe B et un centre C dans l'axe B,

alors qu'un déplacement du palpeur le long de l'axe Z se traduit par une translation du centre de suspension C sur l'axe de symétrie B de la tête. Pour éviter tout déplacement du centre de suspension C dans le plan X-Y, il faut que la largeur des branches 12 dans le plan A-A soit grande comparée à l'épaisseur de la lame élastique. En d'autres termes, la suspension du palpeur doit avoir une grande rigidité dans le plan A-A.

Les déplacements du palpeur sont mesurés par quatre transducteurs de position 25A, 25B, 25C et 25D disposés sur un cercle concentrique par rapport à l'axe B sur deux diamètres orthogonaux définissant respectivement les axes de mesure X et Y (fig. 2). Chaque transducteur comprend une bobine d'induction 26 à deux enroulements symétriques et un noyau magnétique mobile 27 qui fait varier l'inductance de la bobine. Ce type de transducteur de position est connu en lui-même et ne sera pas autrement décrit. Les noyaux 27 sont reliés par des fils souples aux extrémités de quatre bras radiaux 28 fixés en croix au palpeur 10.

Chaque bobine 26 fait partie d'un pont d'inductances 30 (fig. 3) qui fournit une sortie positive, négative ou nulle, selon son état d'équilibre électrique. Les quatre ponts d'inductances fournissent des signaux de sortie 29A, 29B, 29C et 29D. Par un réglage convenable de la position des transducteurs et de l'équilibrage des ponts, on peut obtenir quatre signaux nuls lorsque le palpeur est en position de repos.

On voit sur la fig. 3 que la sortie 29A et la sortie 29B appliquée à travers un inverseur 31 sont combinées par un amplificateur additionneur 32 qui fournit le signal différence 29A-29B. On comprend que, pour un déplacement du palpeur sur l'axe de mesure, les sorties 29A et 29B deviennent l'une positive et l'autre négative, de sorte que le signal de sortie 33 de l'amplifcateur 32 est proportionnel au déplacement sur l'axe X dont il fournit une représentation algébrique grâce à sa polarité qui indique le sens du déplacement.

D'une manière analogue, la sortie 29C appliquée à travers un inverseur 35 et la sortie 29D sont combinées par un amplificateur additionneur 36 en un signal 37 proportionnel au déplacement du palpeur sur l'axe Y.

De plus, les sorties 29A, 29B, 29C et 29D des quatre ponts 30 sont appliquées à un amplificateur additionneur 39 fournissant un signal de sortie 40 qui représente algébriquement le déplacement du palpeur sur l'axe Z. On notera que le déplacement sur l'axe Z ne nécessite pas d'autres transducteurs que ceux qui servent à la mesure des déplacements sur les axes X et Y, et n'entraînent aucune perte de discrimination entre les trois mesures.

Pour un déplacement d'orientation quelconque du palpeur, le système de la fig. 3 assure automatiquement la décomposition vectorielle sur les trois axes de mesure.

Les signaux de sortie 33, 37 et 40 sont respectivement appliqués à des potentiomètres d'étalonnage, à des convertisseurs analogiques/numériques 43 et à des indicateurs visuels 44. L'étalonnage doit se faire par des potentiomètres séparés, car les sorties 33 et 37 n'ont pas la même échelle que la sortie 40 si les amplificateurs 32, 36 ont le même gain que l'amplificateur 39 (deux entrées dans un cas et quatre dans l'autre).

Dans une variante non représentée, on peut déterminer la composante Z à partir d'une seule sortie de chaque paire de transducteurs. Ainsi, les sorties 29A et 29B peuvent être appliquées à l'amplificateur additionneur 39. Ce montage simplifié n'assure cependant pas une précision aussi bonne que celui de la fig. 3.

Les fig. 4 et 5 représentent une autre forme de tête de mesure comprenant un palpeur 110 suspendu dans un boîtier 114 par l'intermédiaire d'une lame flexible 111. La configuration du palpeur, de la lame de suspension et du boîtier est généralement la même que sur les fig. 1 et 2. La lame de suspension contenue dans le plan A-A permet un déplacement tridimensionnel du palpeur sur les axes orthogonaux X, Y et Z, ce dernier coïncidant avec l'axe de symétrie B de la tête. Les déplacements du palpeur sont mesurés par trois transducteurs à inductance 125 A, 125B et 125C. Ces transducteurs sont du même type que ceux des fig. 1 et 2 et comprennent des bobines d'induction 126 et un noyau mobile 127. Deux des transducteurs, 125 A et 125C, sont déportés latéralement par rapport à l'axe de symétrie B et leurs positions radiales décalées de 90° définissent les axes de mesure X et Y. Les bobines 126 sont solidaires du boîtier 114 et les noyaux mobiles 127 sont reliés à des bras radiaux perpendiculaires 128 du palpeur 110. Le troisième transducteur 125B est monté sur l'axe B dans une partie creuse 150 du palpeur, son noyau mobile étant relié au boîtier 114 par une tige axiale 151.

Les bobinages symétriques des transducteurs 125 sont montés dans des ponts d'inductances 130A, 130B et 130C (fig. 6) fournissant respectivement des sorties 129A, 129B et 129C. La sortie 129A et la sortie 129B appliquée à travers un inverseur 131 sont combinées par un amplificateur additionneur 132 qui fournit un signal de sortie 133 proportionnel au déplacement du palpeur sur l'axe X.

De même, la sortie 129B appliquée à travers un inverseur 135 et la sortie 129C sont combinées par un amplificateur additionneur 136 qui fournit un signal de sortie 137 proportionnel au déplacement du palpeur sur l'axe Y. Tant que le palpeur ne se déplace pas sur l'axe Z, le signal 129B est nul et n'influence pas la mesure des déplacements sur les axes X et Y. S'il y a un déplacement sur l'axe Z, les sorties des inverseurs 131 et 135 introduisent des corrections pour éliminer l'influence de ce déplacement dans les mesures sur les axes X et Y.

La sortie 129B proportionnelle au déplacement sur l'axe Z est simplement amplifiée en 139 et apparaît sous la forme du signal 140. Comme dans le cas de la fig. 3, les signaux 133, 140 et 137 sont mis à l'échelle par des potentiomètres d'étalonnage 142A, 142B et 142C.

La tête de mesure des fig. 7 et 8 comprend un palpeur 210 monté dans un boîtier 214 par l'intermédiaire d'une lame de suspension 211. La configuration générale du palpeur, de la lame de suspension et du boîtier est généralement la même que sur les fig. 1 et 2. La lame de suspension 211 contenue dans le plan A-A permet des mouvements tridimensionnels du palpeur à partir de sa position de repos sur des axes orthogonaux X, Y et Z, le dernier correspondant à l'axe de symétrie B de la tête. Les déplacements du palpeur sont mesurés par trois transducteurs à induction 225A, 225B et 225C du même type que ceux des deux autres formes d'exécution. Ces transducteurs sont disposés à 120° les uns des autres sur un cercle concentrique par rapport à l'axe B. Le rayon du transducteur 225A définit l'axe de mesure X. Les transducteurs 225B et 225C sont disposés à 60° de part et d'autre de l'axe X et sont alignés sur une parallèle à l'axe Y. Les bobines d'induction 226 des trois transducteurs sont fixées au boîtier 214 et leurs noyaux mobiles 227 sont reliés à des bras radiaux 228 du palpeur.

Les transducteurs 225A, 225B et 225C font partie de trois ponts à inductances 230A, 230B et 230C (fig. 9) fournissant respectivement des sorties 229A, 229B et 229C. Lorsque le palpeur se déplace sur l'axe X, la sortie 229A devient positive alors que les sorties 229B et 229C deviennent négatives, ou vice versa. Cependant, compte tenu de la disposition à 60° de l'axe X des transducteurs 225B et 225C, leurs sorties ne sont que la moitié de celle du transducteur 225A. En conséquence, pour mesurer un déplacement sur l'axe X, les sorties 229B et 229C sont appliquées à un premier amplificateur additionneur 241 et à un inverseur 231

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dont la sortie est appliquée en même temps que la sortie 229A à un amplificateur additionneur 232. La sortie 233 de l'amplificateur 232 est donnée par la relation suivante :

233 = 229A - (-229B+(-229C)) = 229A+229B + 229C (-229B + (-229C)) = 229A + 229B + 229C cette valeur est proportionnelle au déplacement du palpeur sur l'axe de mesure X. Si l'on prend comme unité la sortie 229A pour un déplacement X, les sorties 229B et 229C représentent chacune une demi-unité et le signal 233 a une amplitude de base de deux unités.

Pour un mouvement du palpeur sur l'axe de mesure Y, le transducteur 225A n'est pas sollicité, alors que les transducteurs 225B et 225C fournissent des sorties égales et opposées. Compte tenu de l'angle 60° que font les bras radiaux 228 par rapport à l'axe X, les sorties 229B et 229C représentent chacune 0,866 unité. Pour déterminer le déplacement sur l'axe Y, les sorties 229B et 229C, dont l'une a été inversée (229B par l'inverseur 235), sont appliquées à un amplificateur additionneur 236 qui fournit une sortie 237 donnée par la relation :

237 = 229B - (-229C)

= 229B + 229C ce signal est proportionnel au déplacement du palpeur sur l'axe Y et son amplitude est 2 x 0,866 = 1,732 unité.

Pour un déplacement du palpeur sur l'axe Z, les trois transducteurs fournissent des sorties de même valeur et de même signe. Il suffit donc de les appliquer à un amplificateur additionneur 239 dont la sortie 240 est proportionnelle au déplacement sur l'axe Z avec une amplitude de trois unités.

Les trois sorties 233, 240 et 237 sont appliquées à des potentiomètres d'étalonnage 242A, 242B et 242C qui permettent de les ramener à une échelle identique. Ainsi, le potentiomètre 242A

divise le signal 233 par 2, le potentiomètre 242B divise le signal 240 par 3 et le potentiomètre 242C divise le signal 237 par 1,732.

La sortie du potentiomètre 242B est réinjectée par une 5 ligne 242BX vers une entrée de l'amplificateur additionneur 232 pour rendre le signal 233 indépendant des déplacements sur l'axe Z. Cette précaution n'est pas nécessaire pour le signal 237, car il est obtenu par différence entre les sorties 229B et 229C et l'effet d'un déplacement sur l'axe Z s'annule de lui-même, io La fig. 10 illustre une tête de mesure 9 fixée à une colonne cylindrique 50 qui peut coulisser dans un guide 51 sur un axe B coïncidant avec celui de la tête. Le guide 51 est porté par un chariot 52 déplaçable perpendiculairement à l'axe B sur un autre guide 53. Cette disposition permet de positionner la tête de i5 mesure par rapport à une pièce 54.

Dans n'importe lequel des exemples décrits ci-dessus, les sorties des ponts à inductances peuvent être traitées par un circuit fournissant un signal unique de polarité constante, par exemple positive, tant qu'au moins l'un des ponts a ime sortie non nulle, 20 qu'elle soit positive ou négative. Ainsi, dans le montage de la fig. 11, le signal 29A (fig. 3) est appliqué à un circuit de polarisation 59A dans lequel il est appliqué par des lignes 60 et 61 à des diodes 62 et 63 montées tête-bêche. La sortie de la diode 62 inversée en 64 est appliquée à une porte logique OU 66 qui reçoit 25 également la sortie de la diode 63. La porte OU 66 fournit un signal unique 67A qui est positif, quelle que soit la polarité du signal 29A. De même, les signaux 29B, 29C et 29D sont appliqués à des circuits de polarisation 59B, 59C et 59D qui fournissent des sorties unipolaires 67B, 67C et 67D. Les quatre sorties 67A, 67B, 30 67C et 67D sont réunies par une porte OU 68 en un signal de sortie unique 69.

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4 feuilles dessins

Claims

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1. Appareil de mesure de déplacements sur au moins deux axes orthogonaux, comprenant un boîtier, un palpeur suspendu dans le boîtier de façon à pouvoir pivoter dans au moins un plan qui contient un axe de référence fixe passant par le point de suspension du palpeur, et un transducteur monté entre le palpeur et le boîtier dans une position décalée dudit axe de référence pour mesurer les déplacements de l'extrémité de contact du palpeur transversalement par rapport audit axe, ledit appareil étant caractérisé en ce que la suspension (11) du palpeur (10; 110; 210) dans le boîtier (14; 114; 214) permet également un mouvement le long dudit axe de référence (B), un second transducteur (25B ; 125B; 225B) étant monté entre le palpeur et le boîtier pour mesurer au moins le déplacement du palpeur le long de l'axe de référence (B).

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux transducteurs (25A, 25B ou 25C, 25D) sont décalés de part et d'autre de l'axe de référence (B) dans un plan commun contenant ledit axe.

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REVENDICATIONS

3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second transducteur (125B) est situé sur ledit axe de référence (B).

4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un troisième transducteur (225C), les trois transducteurs (225A, 225B, 225C) étant disposés symétriquement autour de l'axe de référence (B).

5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la suspension du palpeur dans le boîtier consiste en une lame élastique (11) contenue dans un plan (A-A) qui passe par le point de suspension (C) du palpeur et qui est orthogonal à l'axe de référence (B), au moins une partie (12) de la lame (11) ayant une forme courbe entre le palpeur et le boîtier pour permettre les déplacements axiaux et transversaux du palpeur.

6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé .en ce que le boîtier est monté à l'extrémité d'une pièce (50) coulissant dans un guide (51) sur l'axe de référence (B), le guide (51) étant lui-même monté sur un chariot (52) qui est déplaçable sur un autre guide (53) dans une direction perpendiculaire à l'axe de référence (B).

7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux transducteurs fournissent des signaux de sortie dont la polarité change selon que le palpeur se déplace d'un côté ou de l'autre de sa position de repos, lesdits signaux étant appliqués à un circuit qui détermine leur différence algébrique.

8. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les trois transducteurs fournissent des signaux de sortie dont les polarités changent selon que le palpeur se déplace d'un côté ou de l'autre de sa position de repos, les trois signaux étant appliqués à un circuit qui détermine la différence algébrique de l'un des signaux et de la somme des deux autres et d'un tiers de la somme des trois signaux.

9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une première paire de transducteurs définissant un premier plan de mesure avec l'axe de référence, une seconde paire de transducteurs définissant un second plan de mesure avec l'axe de référence, les deux plans étant orthogonaux, chaque transducteur fournissant un signal de sortie dont la polarité change selon que le palpeur se déplace d'un côté ou de l'autre de sa position de repos, la sortie de l'un des transducteurs de chaque paire étant inversée avant d'être réunie avec la sortie de l'autre transducteur de la même paire pour produire un signal unique de polarité constante pour chacune des paires de transducteurs.