FR2742086A1 - INSTRUMENT AND METHOD FOR SURVEYING AN INTERNAL FACE OF A WORKPIECE - Google Patents

Abstract

The position of the inner surface of a workpiece (1) on a usually numerically controlled machine tool is determined by an instrument (14) mounted thereon behind the workpiece and provided with a sensor (20, 31) that is movable across said inner surface. In particular, the movements of the tool may be controlled in order to machine the workpiece (1) to a regular final thickness while tolerating overall shape defects.

Description

INSTRUMENT ET PROCEDE DE RELEVE D'UNE FACE INTERNE
D'UNE PIECE
DESCRIPTION
L'invention ressortit à un instrument et un procédé de relevé d'une face interne d'une pièce concave, essentiellement par une mesure sur au moins un profil linéaire de celle-ci.INSTRUMENT AND METHOD FOR SURVEYING AN INTERNAL FACE
ONE PIECE
DESCRIPTION
The invention relates to an instrument and a method for reading an internal face of a concave part, essentially by measuring on at least one linear profile of the latter.

I1 arrive qu'on se soucie d'usiner une pièce à une épaisseur bien déterminée, qui peut être ou non régulière. I1 est alors tentant d'utiliser une machine à commande numérique dont la position de l'outil est réglée sans cesse en profondeur selon la forme de la pièce brute, après avoir relevé les informations nécessaires par une série de mesures et les avoir apprises à la machine-outil. I1 faut cependant décider du genre d'informations qui permettent de caractériser la pièce et trouver un procédé pour prendre commodément ces informations. De plus, la position de la pièce sur la machine-outil doit être prise en compte pour calculer le trajet de l'outil. I1 happens that we are concerned with machining a part with a well-defined thickness, which may or may not be regular. I1 is then tempting to use a numerically controlled machine whose tool position is continuously adjusted in depth according to the shape of the blank, after having taken the necessary information by a series of measurements and having learned it from the Machine tool. However, it is necessary to decide on the kind of information which makes it possible to characterize the part and to find a method for taking this information conveniently. In addition, the position of the workpiece on the machine tool must be taken into account to calculate the tool path.

On conçoit qu'il est avantageux de prendre le relevé quand la pièce est déjà fixée à la machine, car on n'a plus besoin de tenir compte de l'incertitude du montage et les informations peuvent être obtenues directement dans le système d'axes de la machine, ce qui signifie que la position de la pièce par rapport à l'outil peut tout de suite être calculée par le système de commande numérique de la machine, sans conversion d'un fichier de coordonnées des points de la pièce en fonction de la position de montage de la pièce. Mais les difficultés précédemment citées, relatives à la prise du relevé, sont alors plus sérieuses car la face interne de la pièce, tournée vers les éléments de montage de la machine, est inaccessible à la mesure manuelle directe. Dans l'état présent de la technique, on usine donc d'abord la face interne, en prenant le relevé de sa forme, on fixe la pièce à la machine-outil pour usiner la face externe et on détermine la trajectoire de l'outil en mesurant la position de la pièce sur la machine. L'invention a précisément pour objet la fourniture d'un instrument de relevé utilisable dans certains cas pratiques sur une pièce montée sur une machine-outil, ainsi qu'un procédé correspondant de prise de relevé qui donne de bons résultats. We understand that it is advantageous to take the reading when the part is already fixed to the machine, because there is no longer any need to take into account the uncertainty of the assembly and the information can be obtained directly in the axis system of the machine, which means that the position of the part in relation to the tool can be immediately calculated by the numerical control system of the machine, without converting a file of coordinates of the points of the part in function the mounting position of the part. However, the difficulties mentioned above, relating to taking the reading, are then more serious because the internal face of the part, facing the mounting elements of the machine, is inaccessible to direct manual measurement. In the present state of the art, the inner face is therefore first machined, taking the measurement of its shape, the part is fixed to the machine tool to machine the outer face and the trajectory of the tool is determined. by measuring the position of the workpiece on the machine. The subject of the invention is precisely the supply of a reading instrument usable in certain practical cases on a part mounted on a machine tool, as well as a corresponding method of taking a reading which gives good results.

L'instrument selon l'invention comprend un embout monté dans un palier tournant de l'élément de machine-outil auquel est fixé le plateau porte-pièce, une structure soutenue par l'embout, qui porte un moteur et un palier d'axe, un capteur de distance dirigé vers le profil interne de la pièce et soutenu par un axe tournant engagé dans le palier d'axe et sensiblement parallèle au pourtour de la pièce qui est posé sur le plateau, une transmission reliant le moteur à l'axe, un capteur de rotations de l'axe. The instrument according to the invention comprises an end piece mounted in a rotary bearing of the machine tool element to which the workpiece support plate is fixed, a structure supported by the end piece, which carries a motor and an axis bearing , a distance sensor directed towards the internal profile of the part and supported by a rotating pin engaged in the axis bearing and substantially parallel to the periphery of the part which is placed on the plate, a transmission connecting the motor to the axis , an axis rotation sensor.

Sous sa forme la plus générale, le procédé selon l'invention consiste à relever un profil de la face interne de la pièce, dirigée vers l'instrument et déjà à l'état fini, et à usiner la face externe exclusivement d'après le relevé, sans détacher la pièce de la machine-outil. In its most general form, the method according to the invention consists in taking a profile of the internal face of the part, directed towards the instrument and already in the finished state, and in machining the external face exclusively according to the raised, without detaching the part from the machine tool.

Si, selon l'application d'abord envisagée par l'inventeur, la machine-outil est un tour, l'élément de machine-outil une broche tournante portepièce, et si la pièce est sensiblement une portion de sphère, le relevé concerne de préférence un plan méridien de la pièce. I1 peut aussi concerner plusieurs plans méridiens de la pièce, et une moyenne de mesures sur les plans méridiens des relevés est calculée pour obtenir un profil moyen de plan méridien. If, according to the application first envisaged by the inventor, the machine tool is a lathe, the machine tool element a rotating spindle, and if the part is substantially a portion of a sphere, the statement relates to preferably a meridian plane of the room. It can also relate to several meridian planes of the room, and an average of measurements on the meridian planes of the readings is calculated to obtain an average profile of meridian plane.

D'autres moyens de procéder, ainsi que des instruments différents, sont possibles surtout si on s'intéresse à des pièces de forme différente ou d'autres genres de machine-outil ; l'homme du métier pourra facilement en déduire après avoir assimilé la description concrète et purement illustrative d'une réalisation effective de l'invention, au moyen des figures suivantes
la figure 1 est une vue générale de l'instrument
et d'une machine qui le porte,
et la figure 2 représente l'instrument plus dans
le détail.Other means of proceeding, as well as different instruments, are possible especially if one is interested in parts of different shape or other kinds of machine tool; a person skilled in the art can easily deduce therefrom, after having assimilated the concrete and purely illustrative description of an effective embodiment of the invention, by means of the following figures
Figure 1 is a general view of the instrument
and a machine that carries it,
and figure 2 shows the instrument more in
The detail.

On considère ici l'usinage de dômes 1 hémisphériques sur des tours à commande numérique, partiellement représentés à la figure 1 et qui sont munis d'un système d'aspiration responsable de la fixation du dôme 1 à usiner sur un plateau 2 évidé en son centre et en forme de bague. We consider here the machining of hemispherical domes 1 on numerically controlled lathes, partially represented in FIG. 1 and which are provided with a suction system responsible for fixing the dome 1 to be machined on a plate 2 hollowed out in sound center and ring-shaped.

Le plateau 2 présente une gorge périphérique 3 dans laquelle le pourtour du dôme 1 à usiner est posé, et il repose lui-même sur une cloche 4 en forme d'enveloppe plus ou moins cylindrique que porte un faux plateau 5 (appelé ainsi parce qu'il ne porte pas directement le dôme 1) porté lui-même par la broche 6 rotative du tour. La broche 6, engagée dans un support fixe de broche 7 par l'intermédiaire d'une paire de roulements 8, est creusée d'un logement 9 qui la traverse de part en part et donne, du côté opposé au dôme 1, à une pompe à vide 10 dont l'action aspire le contenu gazeux du logement 9 et du volume 11 délimité par le dôme 1, le plateau 2, la cloche 4 et le faux plateau 5. Ces pièces, ainsi que la broche 6, sont reliées entre elles de manière étanche par des boulons et des joints, sauf le dôme 1, qui est simplement posé sur le plateau 2 et serré sur lui par les forces de pression. The plate 2 has a peripheral groove 3 in which the periphery of the dome 1 to be machined is placed, and it itself rests on a bell 4 in the form of a more or less cylindrical envelope carried by a false plate 5 (so called because 'it does not directly carry the dome 1) itself carried by the rotary spindle 6 of the lathe. The spindle 6, engaged in a fixed spindle support 7 via a pair of bearings 8, is hollowed out by a housing 9 which passes right through it and gives, on the side opposite to the dome 1, a vacuum pump 10 whose action sucks the gaseous contents of the housing 9 and of the volume 11 delimited by the dome 1, the plate 2, the bell 4 and the false plate 5. These parts, as well as the pin 6, are connected between they tightly by bolts and seals, except the dome 1, which is simply placed on the plate 2 and clamped on it by the pressure forces.

Le dôme 1 est dirigé vers une tourelle 12 porteuse de l'outil 13 ; l'usinage est produit classiquement, en déplaçant la tourelle 12 dans les directions d'avance et de - profondeur de passe, qui correspondent aux directions horizontale et verticale de la figure, tout en faisant tourner la broche 6 autour de son axe et donc le dôme 1. Les mouvements de la tourelle 12 sont régis par un programme appris préalablement par le système de commande numérique. The dome 1 is directed towards a turret 12 carrying the tool 13; the machining is produced conventionally, by moving the turret 12 in the directions of advance and - depth of pass, which correspond to the horizontal and vertical directions of the figure, while rotating the spindle 6 around its axis and therefore the dome 1. The movements of the turret 12 are governed by a program previously learned by the digital control system.

L'invention consiste à ajouter un instrument 14 qui occupe partiellement le volume interne 11 et est soutenu par un embout 15 occupant partiellement le logement 9. Cet embout 15 est fixe pendant l'usinage, reposant sur la face interne de la broche 6 par deux paires de roulements 16 à ses extrémités ; pour ne pas compromettre l'aspiration par la pompe 10, l'embout 15 est lui aussi évidé de part en part et se prolonge par un conduit 17 qui sort de la broche 6 pour se raccorder à la pompe 10. Il offre donc une voie dégagée pour l'aspiration. The invention consists in adding an instrument 14 which partially occupies the internal volume 11 and is supported by a nozzle 15 partially occupying the housing 9. This nozzle 15 is fixed during machining, resting on the internal face of the spindle 6 by two pairs of bearings 16 at its ends; so as not to compromise the suction by the pump 10, the end piece 15 is also hollowed right through and is extended by a conduit 17 which leaves the pin 6 to connect to the pump 10. It therefore offers a path cleared for suction.

L'instrument 14 est mieux visible à la figure 2. Ces éléments sont fixés à une structure 18 montée en porte-à-faux sur l'embout 15 : on peut y distinguer un moteur 19, un palpeur 20 et un capteur d'angles 21 comme éléments essentiels. The instrument 14 is better visible in FIG. 2. These elements are fixed to a structure 18 mounted cantilevered on the end piece 15: a motor 19, a feeler 20 and an angle sensor can be distinguished there. 21 as essential elements.

Le moteur 19 fait tourner une courroie 22 responsable de la rotation d'un axe 23 porteur du palpeur 20. Comme il est essentiel que ce dernier élément soit posé avec précision, le montage de l'axe 23 dans la structure 18 est assez rigide et s'effectue par un roulement à aiguilles 24 ainsi que par une paire de butées à billes 25 comprimées dans la direction de l'axe 23 entre la structure 18 et des bagues 26 et 27 vissées à l'extrémité de l'axe 23, dont la première est située du côté de la courroie 22 et la seconde est prolongée par une collerette 28 dans l'alésage de laquelle le palpeur 20 est enfilé avec un petit jeu et retenu par une vis de pression 29 : la précontrainte des butées à billes 25 assure donc que le palpeur est coaxial à la broche 6, ou que les axes de ces pièces se coupent quand la palpeur 20 est incliné. The motor 19 rotates a belt 22 responsible for the rotation of an axis 23 carrying the probe 20. As it is essential that the latter element be placed with precision, the mounting of the axis 23 in the structure 18 is fairly rigid and is carried out by a needle bearing 24 as well as by a pair of thrust ball bearings 25 compressed in the direction of the axis 23 between the structure 18 and rings 26 and 27 screwed to the end of the axis 23, of which the first is located on the side of the belt 22 and the second is extended by a flange 28 into the bore of which the feeler 20 is threaded with a small clearance and retained by a pressure screw 29: the preload of the ball thrust bearings 25 therefore ensures that the probe is coaxial with the spindle 6, or that the axes of these parts intersect when the probe 20 is inclined.

Le capteur d'angles 21 est dirigé dans la direction de l'axe 23 et son élément de mesure 30 touche l'enveloppe du palpeur 20 : on s'aperçoit immédiatement que la rotation de l'axe 23 est transmise à cet élément de mesure 30, et enregistrée par lui. The angle sensor 21 is directed in the direction of the axis 23 and its measuring element 30 touches the envelope of the probe 20: it is immediately apparent that the rotation of the axis 23 is transmitted to this measuring element 30, and recorded by him.

Le doigt 31 mobile du palpeur 20 est dirigé vers le dôme 1 et touche sa face interne, qui a déjà été usinée. La structure 18 et les autres éléments de l'instrument 14 sont conçus pour que le doigt 31 puisse toucher sensiblement le pôle du dôme 1, c'est-à-dire le centre de la surface de la demi-sphère, et soit alors confondu avec l'axe de la broche 6 : c'est cette position qui a été représentée sur les figures ; de plus, l'axe 23 est perpendiculaire à l'axe de la broche 6. Il en résulte que le mouvement du moteur 19 impartit au doigt 31 un parcours le long d'un méridien du dôme 1 ; il suffit ensuite de faire tourner la broche 6 manuellement d'un angle souhaité pour mesurer le profil du dôme 1 sur un autre méridien ; l'embout 15 reste immobile. Il existe des palpeurs 20 dont le doigt 31 se rétracte entre deux mesures, ce qui est avantageux ici. The movable finger 31 of the feeler 20 is directed towards the dome 1 and touches its internal face, which has already been machined. The structure 18 and the other elements of the instrument 14 are designed so that the finger 31 can substantially touch the pole of the dome 1, that is to say the center of the surface of the hemisphere, and is then merged with the axis of the spindle 6: this position has been shown in the figures; in addition, the axis 23 is perpendicular to the axis of the spindle 6. As a result, the movement of the motor 19 gives the finger 31 a path along a meridian of the dome 1; it then suffices to rotate the spindle 6 manually by a desired angle to measure the profile of the dome 1 on another meridian; the end piece 15 remains stationary. There are probes 20 whose finger 31 retracts between two measurements, which is advantageous here.

Tout cela est fait avant l'usinage, afin d'en déduire la forme de la face interne du dôme 1 et la courbe du déplacement qu'il convient d'imposer à la pointe de l'outil 13 pour que le dôme 1 présente finalement l'épaisseur souhaitée ; pour une meilleure précision, on choisira de relever le profil de plusieurs méridiens et de calculer leur moyenne pour obtenir la modélisation la plus exacte possible de la face interne du dôme 1. Les informations de mesure peuvent parvenir directement au système de commande numérique par des fils du capteur de position angulaire 21 et du palpeur 20 qui, comme les fils d'alimentation du moteur 19, débouchent à l'extérieur en empruntant l'évidement de l'embout 15 et le conduit 17. All this is done before machining, in order to deduce therefrom the shape of the internal face of the dome 1 and the curve of the displacement which should be imposed on the tip of the tool 13 so that the dome 1 finally has the desired thickness; for better accuracy, we will choose to raise the profile of several meridians and calculate their average to obtain the most exact possible modeling of the internal face of the dome 1. The measurement information can be sent directly to the digital control system by wires of the angular position sensor 21 and of the probe 20 which, like the supply wires of the motor 19, open to the outside via the recess of the end piece 15 and the conduit 17.

Après avoir placé le palpeur 20 dans l'axe de la broche 6 et mesuré la distance du doigt 31 de la gorge périphérique 3 (à fond plat) du plateau 2, l'utilisateur pose le dôme 1 sur le plateau 2 et fait parcourir au doigt 31 le tour de son bord intérieur 32. After placing the probe 20 in the axis of the spindle 6 and measuring the distance of the finger 31 from the peripheral groove 3 (flat bottom) of the plate 2, the user places the dome 1 on the plate 2 and makes the finger 31 around its inner edge 32.

I1 relève ainsi les défauts de centrage et ajuste la position du dôme 1 avant de créer le vide. I1 thus notes the centering faults and adjusts the position of the dome 1 before creating the vacuum.

L'étalonnage de la position du palpeur 20 est obtenu en lui faisant parcourir le tour d'une piste 33 rectifiée et de forme sphérique qui délimite l'évidement du plateau 2 : on vérifie ainsi si le palpeur 20 est dans l'axe de la broche 6, et ses indications sont corrélées au rayon de la piste 33. Le capteur d'angles 21 peut être étalonné quand le palpeur 20 arrive au bord externe de la piste 33. S'il est constaté que le centrage du palpeur 20 est imparfait, on le déplace latéralement en agissant sur les vis de commande 35 d'une paire de glissières 34 perpendiculaires à queue d'aronde (dont une seule est représentée). Ces glissières 34 relient à l'embout 15, de position invariable par rapport à la broche 6, la structure 18 qui est donc mobile latéralement à l'axe de la broche 6.  Calibration of the position of the probe 20 is obtained by making it travel around a track 33 rectified and spherical in shape which delimits the recess of the plate 2: it is thus checked whether the probe 20 is in the axis of the pin 6, and its indications are correlated to the radius of track 33. The angle sensor 21 can be calibrated when the probe 20 reaches the outer edge of track 33. If it is found that the centering of the probe 20 is imperfect , it is moved laterally by acting on the control screws 35 of a pair of slides 34 perpendicular to a dovetail (only one of which is shown). These slides 34 connect to the endpiece 15, of invariable position relative to the spindle 6, the structure 18 which is therefore movable laterally to the axis of the spindle 6.

L'invention est applicable à des pièces d'autres formes et peut être réalisée avec des capteurs de distance différents, optiques par exemple.  The invention is applicable to parts of other shapes and can be carried out with different distance sensors, optical for example.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Instrument (14) de relevé d'un profil de face interne d'une pièce concave (1) reposant par un pourtour sur un plateau (2) évidé, le plateau (2) étant fixé à un élément (6) de machine-outil, caractérisé en ce qu'il comprend un embout (15) monté par un palier tournant (16) dans l'élément (6) de machine-outil, une structure (18) soutenue par l'embout (15) qui porte un moteur (19) et un palier (24) d'axe, un capteur de distance (20) dirigé vers la face interne de la pièce et soutenu par un axe tournant (23), engagé dans le palier d'axe et sensiblement parallèle au pourtour de la pièce concave, une transmission (22) reliant le moteur (19) à l'axe (23) et un capteur (21) de rotations de l'axe (23). 1. Instrument (14) for reading an internal face profile of a concave part (1) resting by a circumference on a hollow plate (2), the plate (2) being fixed to a machine element (6) tool, characterized in that it comprises an end piece (15) mounted by a rotary bearing (16) in the element (6) of the machine tool, a structure (18) supported by the end piece (15) which carries a motor (19) and an axis bearing (24), a distance sensor (20) directed towards the internal face of the part and supported by a rotating axis (23), engaged in the axis bearing and substantially parallel around the concave part, a transmission (22) connecting the motor (19) to the axis (23) and a sensor (21) of rotation of the axis (23). 2. Instrument de relevé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la machine-outil est un tour, et l'élément de machine-outil une broche 2. Measuring instrument according to claim 1, characterized in that the machine tool is a lathe, and the machine tool element a spindle (6) tournante porte-pièce. (6) rotating workpiece holder. 3. Instrument de relevé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le palier tournant (16) dans l'élément de machineoutil est logé dans un passage d'aspiration (9) d'un volume gazeux (11) englobé par le plateau et la pièce 3. reading instrument according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the rotary bearing (16) in the machine tool element is housed in a suction passage (9) of a gas volume (11 ) encompassed by the tray and the workpiece (9), qui est maintenue par succion sur le plateau (2). (9), which is held by suction on the plate (2). 4. Instrument de relevé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la structure (18) est montée latéralement mobile 4. reading instrument according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the structure (18) is mounted laterally movable (34, 35) sur l'embout (15). (34, 35) on the end piece (15). 5. Instrument de relevé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le plateau (2) porte une piste d'étalonnage (33) du capteur de distance (20).  5. Reading instrument according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the plate (2) carries a calibration track (33) of the distance sensor (20). 6. Instrument de relevé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la piste d'étalonnage est sphérique. 6. Reading instrument according to claim 5, characterized in that the calibration track is spherical. 7. Procédé d'usinage sur une machine-outil d'une pièce concave (1) pour lui donner une épaisseur déterminée, caractérisé en ce qu'il consiste à faire un relevé d'un profil de face interne de la pièce et à usiner la face externe exclusivement d'après le relevé, sans détacher la pièce de la machine-outil. 7. Method of machining on a machine tool a concave part (1) to give it a determined thickness, characterized in that it consists in making a statement of an internal face profile of the part and in machining the external face exclusively according to the survey, without detaching the part from the machine tool. 8. Procédé d'usinage selon la revendication 7, où la machine-outil est un tour, caractérisé en ce que le relevé concerne un plan méridien de la pièce. 8. Machining method according to claim 7, wherein the machine tool is a lathe, characterized in that the statement relates to a meridian plane of the part. 9. Procédé d'usinage selon la revendication 8, caractérisé en ce que le relevé concerne plusieurs plans méridiens de la pièce, et en ce qu'une moyenne de mesures sur les plans méridiens est calculée pour obtenir un profil moyen de plan méridien. 9. Machining method according to claim 8, characterized in that the statement relates to several meridian planes of the part, and in that an average of measurements on the meridian planes is calculated to obtain an average profile of meridian plane. 10. Procédé d'usinage selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend une étape, préliminaire au relevé, d'ajustement de position de la pièce sur la machineoutil.  10. Machining method according to any one of claims 3 to 9, characterized in that it comprises a step, preliminary to the survey, of position adjustment of the workpiece on the machine tool.