FR3015020A1 - Dispositif et procede de positionnement d'une piece a mesurer - Google Patents

Abstract

Ce dispositif de positionnement d'une pièce à mesurer sur un appareil de mesure de caractéristiques géométriques d'objets, comprend un support de pièce (20) mobile destinée à recevoir la pièce à mesurer, des premiers moyens de réglage du positionnement du support (20) selon deux degrés de liberté dans un plan horizontal, comprenant une liaison glissière, des deuxièmes moyens de réglage de l'orientation du support (20) autour de deux axes horizontaux, comprenant une liaison pivot et des moyens de mesure adaptés pour mesurer le centrage de la pièce par rapport à un point fixe situé sur l'axe de pivotement machine et l'inclinaison de la pièce par rapport à l'axe de rotation machine, associés à des moyens agissant sur les premier et deuxième moyens de réglage. Les premiers et deuxièmes moyens de réglage permettent une articulation du support (20) selon quatre degrés de liberté par des liaisons découplées à lames flexibles (36). L'un au moins des premiers et deuxièmes moyens de réglage comporte un élément de commande du déplacement du support (20) comprenant un bras de levier motorisé (16, 17, 24, 25) agissant sur une bielle (14, 15, 22, 23) couplée au support.

Description

Dispositif et procédé de positionnement d'une pièce à mesurer Le domaine de l'invention concerne de manière générale les machines de mesure de forme tridimensionnelle et se rapporte en particulier au positionnement de pièces à mesurer sur une telle machine et, plus particulièrement sur le positionnement de pièces à mesurer sur une machine de mesure de cylindricité.

Une machine de mesure de forme tridimensionnelle connue de l'état de la technique est destinée à effectuer des mesures de forme telles que la cylindricité. Une telle machine est généralement munie d'un support destiné à supporter un objet à mesurer et d'au moins un capteur de distance mobile par rapport à la pièce à mesurer. Le capteur de distance, qui peut être un capteur avec ou sans contact, détecte les irrégularités de la pièce à mesurer. Par exemple, une machine de mesure de cylindricité connue de l'état de la technique comprend un support rotatif par rapport à un axe vertical du bâti de la machine. En faisant coïncider l'axe de rotation du support et l'axe de la pièce cylindrique à mesurer, cette dernière peut être entraînée en rotation autour de son propre axe. Dans d'autres exemples, on utilisera un capteur fixe par rapport à un bâti, la pièce à mesurer étant mobile. La principale difficulté est donc de faire coïncider l'axe de rotation du support et l'axe de la pièce cylindrique à mesurer en garantissant une grande précision et une grande stabilité de cet alignement durant tout le procédé de mesure de forme. Pour assurer cette coïncidence, on considère deux tâches distinctes. D'une part, la correction du décentrage consiste à faire coïncider un point de l'axe de la pièce avec un point de l'axe de la machine. D'autre part, la correction de l'inclinaison consiste disposer l'axe de la pièce parallèle à l'axe de la machine. Les machines conventionnelles de mesure de forme comprennent des moyens de correction du décentrage et de l'inclinaison de la pièce. Ces moyens peuvent être des moyens manuels ou des actionneurs motorisés associés à des moyens de guidage linéaire. Le document FR 2 965 046 décrit une machine de mesure tridimensionnelle comprenant une structure porteuse et une structure métrologique mobiles l'une par rapport à l'autre. Cette machine comporte un système de correction de l'inclinaison et du décentrage de l'objet à mesurer. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de positionnement d'une pièce à mesurer capable de corriger le décentrage et l'inclinaison de la pièce à mesurer avec une précision et une stabilité accrues du positionnement par rapport à l'axe de rotation du support de pièce. Selon un premier aspect, l'invention a pour objet un dispositif de positionnement d'une pièce à mesurer sur un appareil de mesure de caractéristiques géométriques d'objets, comprenant un support de pièce mobile destiné à recevoir la pièce à mesurer, des premiers moyens de réglage du positionnement du support selon deux degrés de liberté dans un plan horizontal, comprenant une liaison glissière, des deuxièmes moyens de réglage de l'orientation du support autour de deux axes horizontaux, comprenant une liaison pivot et des moyens de mesure adaptés pour mesurer le centrage de la pièce par rapport à un point fixe et l'inclinaison de la pièce par rapport à la verticale, associés à des moyens agissant sur les premier et deuxième moyens de réglage. L'un au moins des premiers et deuxièmes moyens de réglage comporte un élément de commande du déplacement du support de pièce comprenant un bras de levier motorisé agissant sur une bielle couplée au support.

Ainsi le support peut se déplacer en translation selon deux degrés de liberté, grâce aux premiers moyens de réglage. Ces translations permettent de corriger le décentrage de la pièce. Le réglage de l'orientation du support par rapport à deux axes horizontaux est également possible, ce qui permet de corriger l'inclinaison de l'axe de la pièce par rapport à l'axe de la machine. L'ensemble de commande du déplacement du support, comprenant un bras de levier motorisé agissant sur une bielle couplée au support, permet d'avoir un réglage reproductible, plus précis et générant moins de frottement qu'avec un dispositif conventionnel. De préférence, les premiers moyens de réglage du positionnement du support de pièce comportent : - une première bielle, liée par une liaison pivot avec un premier plateau, et par une liaison pivot avec un plateau intermédiaire, - une deuxième bielle de commande de rotation, liée par une liaison pivot au premier plateau et par une liaison pivot au plateau intermédiaire, - un bras de levier de translation lié par une liaison pivot au plateau intermédiaire, - une troisième bielle de commande de translation, liée par une liaison pivot au bras de levier de translation et par une liaison pivot au premier plateau. Cet ensemble permet d'obtenir des translations précises, répétables, avec des frottements limités voire nuls et ce, grâce aux premiers moyens de réglage. Les deuxièmes moyens de réglage de l'orientation du support de pièce peuvent comporter : - une première bielle renforcée, liée par une liaison pivot à un premier plateau, et par une liaison pivot à un plateau intermédiaire, - un bras de levier de rotation lié par une liaison pivot au plateau intermédiaire, - une deuxième bielle de commande de rotation, liée par une liaison pivot au bras de levier de rotation et par une liaison pivot au premier plateau, et - une troisième bielle de commande de translation, liée par une liaison pivot au premier plateau et par une liaison pivot au plateau intermédiaire.

Cet ensemble permet d'obtenir des rotations précises, reproductibles, avec des frottements limités et ce grâce aux deuxièmes moyens de réglage. Par exemple, au moins l'une des liaisons pivot définie précédemment est formée par une ou plusieurs lames flexibles. Ces lames flexibles permettent d'obtenir une liaison pivot quasiment parfaite. On pourra par exemple utiliser une seule lame simple, mais l'utilisation de plusieurs lames disposées de façon croisée améliore considérablement la qualité de la liaison pivot et améliore la rigidité axiale. De préférence, le dispositif comprend une vis micrométrique motorisée pour le déplacement d'un ou plusieurs des leviers de translation ou de rotation. De cette façon, il est possible de transmettre le mouvement de l'actionneur de façon précise et reproductible, en garantissant une stabilité du mécanisme à un niveau nanométrique. Le moteur de la vis micrométrique peut à cet égard être situé à l'extérieur de la structure du dispositif, ou embarqué dans le mécanisme.

Ainsi, on évite d'introduire une source de chaleur dans un élément de la chaîne métrologique, ce qui augmente la précision des mouvements du support. Dans un mode de réalisation, le plateau inférieur est monté sur le plateau d'un dispositif de décalage angulaire permettant un décalage angulaire du plateau inférieur autour de l'axe vertical. Ainsi, le dispositif de décalage peut faire tourner le plateau inférieur supportant le support, qui supporte l'objet à mesurer. Cela permet d'automatiser la mesure de forme et les procédures de détection de défauts par multi-retournement pratiquées sur les machines de mesure de forme de haute exactitude. Dans un mode de mise en oeuvre, la liaison de décalage du plateau du dispositif de décalage par rapport à sa base est mise en oeuvre par une structure flexible comprenant des appuis logés verticalement dans une rainure pratiquée dans la base du dispositif de décalage, et liés au plateau du dispositif de décalage par une liaison permettant une translation radiale de l'appui par rapport au plateau. Par exemple, la structure flexible comprend en outre un anneau de couplage, lié au plateau du dispositif de décalage par une pluralité de lames flexibles radiales, les appuis étant des patins couplés à une lame flexible, trois bielles de couplage étant liées à l'anneau de couplage par une liaison pivot autour d'un axe vertical et au patin par une liaison pivot autour d'un axe vertical. De cette manière, on s'assure que l'axe du dispositif de décalage reste toujours fixe, et ce quelle que soit l'origine du défaut (défaut mécanique lié au décalage angulaire de la pièce cylindrique, défaut lié à une dilatation thermique, etc....). Dans un mode de mise en oeuvre, le dispositif est actionné par au moins un actionneur manuel ou motorisé.

Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de positionnement d'une pièce à mesurer sur un appareil de mesure de caractéristiques géométriques d'objets, au moyen d'un dispositif tel que défini ci-dessus. Ce procédé comprend les étapes suivantes : - on place un capteur face à la pièce, - on réalise une première mesure de distance entre le capteur et une surface de la pièce, - on déplace le capteur, - on réalise une seconde mesure de distance entre le capteur et la surface de la pièce, - on mesure l'écart entre la première et la seconde mesures, et - on règle la position du support en fonction de l'écart mesuré.

Dans un mode de mise en oeuvre, les étapes de positionnement de la pièce consistent à corriger le décentrage de la pièce sur une structure de support. Dans un autre mode de mise en oeuvre, les étapes peuvent consister à corriger l'inclinaison de la pièce.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation de l'invention nullement limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un appareil de mesure de forme selon l'état de la technique ; - la figure 2 représente un schéma cinématique en trois dimensions d'un dispositif de positionnement selon un mode de réalisation de l'invention ; - les figures 3a, 3b et 3c sont des schémas de principe illustrant les degrés de liberté du dispositif de correction du décentrage de la pièce par rapport à un point fixe et de l'inclinaison de la pièce par rapport à un axe fixe ; - la figure 4 est un schéma cinématique en trois dimensions d'un dispositif de positionnement selon un mode de réalisation en variante de l'invention, - les figures 5a et 5b sont des schémas cinématiques détaillant une variante de ces moyens de réglage du positionnement du support par rapport à un point fixe et de l'orientation du support par rapport à un axe fixe ; - la figure 6 représente la structure flexible mettant en oeuvre la liaison de décalage du plateau inférieur du dispositif par rapport au plateau de la machine de mesure ; - la figure 7 représente une liaison pivot à deux lames flexibles croisées ; - la figure 8 représente une bielle renforcée à deux articulations flexibles ; - la figure 9 représente un patin en V ; - la figure 10 représente une vue de dessus et une coupe ortho- radiale d'une rainure cylindrique en V et d'un patin associé ; - la figure 11 représente un exemple non limitatif de procédé de correction de l'inclinaison de la pièce par rapport à un axe fixe selon une direction ; - la figure 12 est un schéma illustratif du procédé de la figure 11 ; - la figure 13 représente un exemple non limitatif de procédé de correction du décentrage de la pièce par rapport à un point fixe selon une direction. On se référera tout d'abord à la figure 1 qui illustre schématiquement le fonctionnement d'un appareil de mesure de forme tel que décrit dans le document FR 2 965 046. La figure 1 représente un dispositif de mesure de cylindricité d'une pièce cylindrique P. L'appareil illustré sur la figure 1 comprend essentiellement un bâti 1 schématisé par deux bras B1 et B2, respectivement vertical et horizontal, supportant l'un une structure de mesure 2, et l'autre un support de pièce 3 recevant la pièce P.

La structure de mesure 2 comprend un premier bras 4 lié par une liaison P01 au premier bras B1 du bâti 1. La liaison P01 est une glissière selon l'axe vertical, ce qui signifie que le bras 4 est libre de translation selon l'axe vertical, par rapport au bâti 1. Le bras 4 s'étend selon une direction orthogonale à l'axe vertical, c'est-à-dire horizontalement. La structure de mesure comprend un second bras 5 équipé d'un capteur C d'extrémité et lié par une liaison P02 au bras 4. La liaison P02 est une glissière selon l'axe du bras 4, ce qui signifie que le bras 5 est libre de translation selon l'axe du bras 4.

Le capteur C d'extrémité du bras 5 admet donc par rapport au bâti deux degrés de liberté de translation de directions distinctes autour d'axes distincts. Le capteur C est donc apte à se déplacer dans l'espace par rapport au bâti 1. Le support 3, destiné à supporter l'objet à mesurer, est liée au bras B2 du bâti 1 par la liaison P03, qui est une liaison pivot selon l'axe vertical. Cela signifie que le support 3 est libre de rotation autour de l'axe vertical, par rapport au bâti 1. Pour mesurer la cylindricité d'une pièce à mesurer, on mesure la distance entre le capteur C et la surface de la pièce P en regard, pour diverses positions angulaires et altitudes du capteur par rapport à la pièce. Ces mesures de distance, comparées entre elles par des moyens de calcul, permettent d'apprécier les variations de forme de la pièce.

On comprend que, pour améliorer la précision de la mesure de cylindricité, il est souhaitable d'effectuer un grand nombre de ces mesures de distance. Cet exemple connu de l'état de la technique montre qu'il est important que l'axe de rotation du support 3 par rapport au bâti 1, qui est aussi l'axe de rotation de la pièce P, coïncide au mieux avec l'axe de la pièce P. La technique de mesure de caractéristiques géométriques d'une pièce décrite précédemment est toutefois imprécise lorsque la pièce est décentrée sur le support ou est inclinée de sorte qu'il n'est pas possible d'obtenir la précision souhaitée. La figure 2 est un schéma cinématique équivalent en trois dimensions d'un dispositif de positionnement d'une pièce sur un appareil de mesure permettant de pallier cet inconvénient. On définit un système d'axe (O, O,, Oy, Oz) Ce dispositif comprend un bâti 6, un plateau inférieur 7 lié au bâti 6 par une liaison pivot d'axe Oz, et un plateau intermédiaire 8 lié par une liaison pivot glissant dans le plan normal à Ox au plateau inférieur 7. Il comporte encore un support de pièce 9 liée par une liaison pivot glissant dans le plan normal à O,, au plateau intermédiaire 8. Ce support est destiné à supporter la pièce à mesurer (non visible sur la figure 2). On considère ici que le support 9 et la pièce sont solidaires. Ainsi, le support 9, en plus d'être libre de rotation autour de l'axe Oz, admet deux degrés de liberté en translation et deux degrés de liberté en rotation supplémentaires. On peut alors corriger un décentrage ou une inclinaison de la pièce par rapport à l'axe de rotation Oz. La figure 3a est un schéma de principe illustrant les deux degrés de liberté de translation du support 9, ici considéré comme solidaire d'une pièce cylindrique, par rapport au plateau inférieur 7. Ce schéma est une vue de dessus du dispositif de la figure 2. Sur la figure 3a est également représenté un point C1, qui correspond à un point de l'axe de rotation du plateau inférieur 7 par rapport au bâti. Dans cette figure, C1 est l'intersection de l'axe Oz et du plan formé par la surface supérieure du support 9. Est également représenté le point C2, qui correspond au point d'intersection de l'axe de la pièce cylindrique avec le plan formé par la surface supérieure du support 9.

Comme cela a été indiqué précédemment, centrer la pièce revient à faire coïncider les points Cl et C2. On y parvient par des translations TX et Ty représentées sur la figure 3a. La figure 3b correspond à une coupe selon la ligne B-B de la figure 3a, normale à l'axe Ox. Le plateau inférieur 7 est ici représenté avec son axe de rotation Oz, et le point C1 est représenté tel qu'il a été défini précédemment. Le point C1 passe donc par l'axe de rotation A, qui est l'axe fixe que l'on veut voir coïncider avec l'axe de la pièce P. Le support 9 est ici considéré comme étant solidaire de la pièce cylindrique P. On voit que l'axe de la pièce P n'a pas la même direction que l'axe de rotation de direction Oz. Le point C2 est également représenté tel que défini précédemment. Il est décalé du point Cl. Comme décrit précédemment en référence à la figure 3a, la correction de la composante selon Oy du décentrage se fait à l'aide de la translation Ty du support 9 par rapport au plateau 7. L'axe de la pièce cylindrique et l'axe Oz de rotation du plateau 7 étant de directions différentes, il y a lieu de corriger en outre l'inclinaison. On corrige sa composante selon Oy à l'aide de la rotation R' du support 9 par rapport au plateau inférieur 7, autour de l'axe Ox.

En référence à la figure 3c qui est une vue en coupe selon la ligne C-C de la figure 3a, normale à l'axe Oy, on voit que la correction de la composante selon O, du décentrage de la pièce P se fait à l'aide de la translation TX du support 9 par rapport au plateau inférieur 7.

On corrige par ailleurs la composante selon l'axe Ox de l'inclinaison de la pièce à l'aide de la rotation Ry du support 9 par rapport au plateau 7, autour de l'axe Oy. Les figures 3a à 3c montrent ainsi qu'il est possible de corriger un décentrage ou une inclinaison de la pièce cylindrique P, placée sur la support 9 par rapport à un point fixe et l' axe de rotation du plateau inférieur rotatif 7, en prévoyant d'une part une liaison glissière entre le plateau inférieur 7 et le support 9, assurant le réglage du positionnement du support selon deux degrés de liberté dans un plan horizontal, et d'autre part, une liaison pivot entre le plateau inférieur 7 et le support 9, assurant le réglage de l'orientation du support autour de deux axes horizontaux. La figure 4 illustre un schéma cinématique équivalent en trois dimensions d'un dispositif de positionnement en variante d'une pièce sur un appareil de mesure permettant de pallier les mêmes inconvénients, ledit dispositif étant représenté sur les figures 5a et 5b. Ce dispositif comprend un bâti 11, un plateau inférieur 10 lié au bâti 11 par une liaison pivot d'axe Oz, et un plateau intermédiaire 12 lié au plateau inférieur 10 par une première liaison constituée d'une liaison pivot dans le plan normal à Oy et d'une liaison glissière selon la direction O,. Cette première liaison sera détaillée dans l'exposé de la figure 5a. Il comporte encore un support de pièce 20 lié par une seconde liaison constituée d'une liaison pivot dans le plan normal à Ox et d'une liaison glissière selon la direction Oy, au plateau intermédiaire 12. Ce support est destiné à supporter la pièce à mesurer (non visible sur la figure 2). On considère ici que le support 20 et la pièce sont solidaires. Cette deuxième liaison sera détaillée dans l'exposé de la figure 5b.

Dans cet exemple également, le support 20, en plus d'être libre de rotation autour de l'axe Oz, admet deux degrés de liberté en translation et deux degrés de liberté en rotation supplémentaires. On peut alors corriger un décentrage ou une inclinaison de la pièce par rapport à l'axe de rotation Oz.

Le dispositif de positionnement est ainsi complété par des premiers moyens de réglage du positionnement du support à liaison glissière et des deuxièmes moyens de réglage de l'orientation du support à liaison pivot. Ces moyens seront décrits en référence aux figures 5a et 5b qui illustrent un autre mode de réalisation de l' invention. Dans cet exemple, le dispositif de positionnement est destiné à être incorporé dans la machine de mesure de forme décrite par le document FR 2 965 046. Le plateau inférieur est donc solidaire de l'étage supérieur d'un dispositif de décalage, apte à faire pivoter le plateau inférieur dans le plan normal à Oz. La base du dispositif de décalage est elle-même placée sur un plateau rotatif par rapport au bâti dans le plan normal à Oz. Sur celui-ci repose également un cylindre de référence dont on compare la cylindricité à celle de la pièce à mesurer.

La fonction du dispositif de décalage est donc de décaler angulairement le support de la pièce dans le plan normal à la verticale par rapport au cylindre de référence. Le plateau rotatif est lié au bâti au moyen d'un roulement à billes.

Afin de s'affranchir des défauts de repositionnement du dispositif de décalage, le plateau inférieur 10 est lié à l'étage supérieur du dispositif de décalage au moyen d'une structure flexible, représentée sur la figure 6. Une structure de mesure munie de capteurs est disposée de manière à placer des capteurs de mesure en regard de la pièce à mesurer et des capteurs de référence en regard de la pièce de référence. La structure de mesure est libre de translation verticale par rapport au bâti. Les figures 5a et 51) sont des schémas cinématiques détaillant le mode de réalisation des moyens de réglage du dispositif exposé en référence à la figure 4. La figure 5a représente une vue en coupe d'un dispositif de positionnement selon un plan perpendiculaire à Ox.

Comme décrit précédemment, le dispositif comprend un plateau inférieur 10 lié au bâti 11 par une liaison pivot dans le plan normal à 0,, au moyen du dispositif de décalage angulaire et du plateau rotatif précités.

Le plateau inférieur 10 est lié au plateau intermédiaire 12. Ce dernier est libre de se déplacer en translation selon 0y, et en rotation autour de l'axe Ox par rapport au plateau inférieur 10. Le dispositif comprend par ailleurs une première bielle renforcée 13 liée par une liaison pivot PO4 au plateau inférieur 10 et par une liaison pivot P05 au plateau intermédiaire 12. On notera que le dispositif comprend un certain nombre de liaisons pivot avec des bielles renforcées ou avec des bras de levier. Ces liaisons pivot sont réalisées à partir de lames flexibles et souples et un mode de réalisation de ces liaisons sera détaillé dans l'étude de la figure 8. Le dispositif comprend une seconde bielle renforcée 14, dite de rotation, liée par une liaison pivot P06 au plateau inférieur 10 et une troisième bielle renforcée 15, dite de translation, liée par une liaison pivot P07 au plateau inférieur 10.

Il comprend en outre un bras de levier 16, dit de translation, lié par une liaison pivot P08 à la troisième bielle renforcée 15 et par une liaison pivot P09 au plateau intermédiaire 12. Ce bras de levier est destiné à provoquer une translation selon l'axe Oy du plateau intermédiaire 12 par rapport au plateau inférieur 10.

Le dispositif comprend encore un second bras de levier 17, dit de rotation, lié par une liaison pivot P10 à la seconde bielle renforcée 14 et par une liaison pivot Pll au plateau intermédiaire 12. Ce bras de levier est destiné à provoquer la rotation autour de l'axe Oy du plateau intermédiaire 12 par rapport au plateau inférieur 10.

On pourra à cet égard utiliser un actionneur motorisé (non représenté) pour mettre en mouvement ou maintenir en position chacun des bras de levier 16 et 17. Ceux-ci sont de préférence placés à l'extérieur de la structure du dispositif pour éviter d'y introduire une source de chaleur. La transmission du mouvement peut se faire à l'aide de vis micrométriques. L'actionnement de la translation selon la direction Oy se fait par la mise en mouvement du bras de levier 16 de translation et le maintien en position du bras de levier 17 de rotation. La mise en mouvement du bras de levier 16 de translation a pour effet d'entraîner un déplacement de l'axe du pivot P09 par rapport à l'axe du pivot P08. Cela crée ainsi un effort qui pousse le plateau intermédiaire 12 à se déplacer par rapport au plateau inférieur 10. Le maintien en position du bras de levier 17 de rotation par rapport au plateau intermédiaire 12 implique que la seconde bielle renforcée 14 est liée par la liaison pivot P10 directement au plateau intermédiaire 12. Les première et deuxième bielles renforcées 13 et 14 servent donc à guider le plateau intermédiaire 12 en translation par rapport au plateau inférieur 10. Cette translation est précisément une translation circulaire dans le plan normal à la direction Ox. Elle comprend ainsi une composante de translation selon la direction Oy. On la désignera par la suite par le terme de translation latérale.

L'effort créé par la mise en mouvement du bras de levier 16 de translation, combiné au guidage créé par le maintien en position du bras de levier 17 de rotation, a donc pour effet d'engendrer une translation latérale d'un côté ou de l'autre du plateau intermédiaire 12 par rapport au plateau inférieur 10.

L'actionnement de la rotation dans le plan normal à la direction 0' se fait par la mise en mouvement du bras de levier de rotation 17. La mise en mouvement du bras de levier de rotation 17 a pour effet d'entraîner en rotation la pièce dans le plan normal à la direction Ox. L'axe du pivot P10 se déplace par rapport à l'axe du pivot P11.

Cela crée ainsi un effort qui repousse ou attire un côté du plateau intermédiaire 12 par rapport au plateau inférieur 10. L'effort créé par la mise en mouvement du bras de levier 17 de rotation, combiné au guidage créé par la première bielle renforcée 13, a pour effet de provoquer une rotation dans le plan normal à Ox du plateau intermédiaire 12 par rapport au plateau inférieur 10. La figure 5b détaille une vue en coupe du dispositif de positionnement selon un plan normal à la direction Oy et montre en particulier le montage du support 20 par rapport au plateau intermédiaire. On voit sur cette figure que le support 20, destiné à supporter la pièce P à mesurer, est libre de se déplacer en translation selon l'axe O,, et en rotation dans le plan normal à Oy par rapport au plateau intermédiaire 12. On voit en effet sur cette figure que le dispositif comprend par ailleurs une quatrième bielle renforcée 21 liée par une liaison pivot P12 au plateau intermédiaire 12 et par une liaison pivot P13 au support 20.

Ce dispositif comprend une cinquième bielle renforcée 22, dite de rotation, liée par une liaison pivot P14 au support 20. Le dispositif comprend une sixième bielle renforcée 23, dite de translation, liée par une liaison pivot P15 au support 20. Le dispositif comprend par ailleurs un troisième bras de levier 24, dit de translation, lié par une liaison pivot P16 à la bielle renforcée 23 et par une liaison pivot P17 au plateau intermédiaire 12. Ce bras de levier est destiné à actionner la translation selon l'axe O, du support 20 par rapport au plateau intermédiaire 12. Le dispositif comprend encore un quatrième bras de levier 25, dit de rotation, lié par une liaison pivot P18 à la cinquième bielle renforcée 22 et par une liaison pivot P19 au plateau intermédiaire 12. Ce bras de levier est destiné à provoquer la rotation dans le plan normal à l'axe Oy du support 20 par rapport au plateau intermédiaire 12.

On pourra à cet égard utiliser un actionneur motorisé (non représenté) pour mettre en mouvement ou maintenir en position chacun des bras de levier 24 et 25. Ceux-ci sont de préférence placés à l'extérieur de la structure du dispositif pour éviter d'y introduire une source de chaleur. La transmission du mouvement peut se faire à l'aide de vis micrométriques. L'architecture des moyens de réglage étant analogue à celle des moyens de réglages décrits sur la figure 5a, le fonctionnement est analogue. L'actionnement de la translation selon la direction Ox se fait par la mise en mouvement du bras de levier 24 de translation et le maintien en position du bras de levier 25 de rotation. La mise en mouvement du bras de levier 24 a pour effet d'entraîner un déplacement, au moyen de la bielle 23, de l'axe de la liaison P16 par rapport à l'axe de la liaison P17. Cela crée ainsi un effort qui pousse le support 20 à se déplacer par rapport au plateau intermédiaire 12. Le maintien en position du bras de levier 25 par rapport au support 20 implique que la bielle renforcée 22 est liée par la liaison pivot P18 directement au plateau intermédiaire 12. Les deux bielles renforcées 21 et 22 servent donc à guider le support 20 en translation par rapport au plateau intermédiaire 12. Cette translation est plus précisément une translation circulaire dans le plan normal à l'axe Oy.

Elle comprend ainsi une composante de translation selon Ox. On la désignera par la suite par le terme de translation latérale. L'effort créé par la mise en mouvement du bras de levier 24 de translation, combiné au guidage créé par le maintien en position du bras de levier 25 de rotation, a pour effet de provoquer une translation latérale d'un côté ou de l'autre du support 20 par rapport au plateau intermédiaire 12. L'actionnement de la rotation dans le plan normal à la direction Oy se fait par la mise en mouvement du bras de levier 25 de rotation. La mise en mouvement du bras de levier 25 a pour effet d'entraîner un déplacement, au moyen de la bielle 22, de l'axe de la liaison P18 par rapport à l'axe de la liaison P19. Cela crée ainsi un effort qui repousse ou attire un côté du support 20 par rapport au plateau intermédiaire 12.

L'effort créé par la mise en mouvement du bras de levier 25 de rotation, combiné au guidage créé par la bielle renforcée 21, a pour effet de provoquer une rotation dans le plan normal à la direction Oy du support 20 par rapport au plateau intermédiaire 12.

Ainsi, dans le mode de réalisation des figures 4, 5a et 5b, le dispositif de positionnement est complété par des bielles renforcées et des bras de leviers, articulés entre eux par des liaisons pivot. Ces liaisons mécaniques seront décrites en référence aux figures 7 et 8. Le dispositif de positionnement est également complété par une structure flexible 26 assurant la liaison de décalage entre le plateau du dispositif de décalage 33 et sa base fixe liée au plateau rotatif 27, qui supporte également le cylindre de référence. Le dispositif de décalage a pour fonction de décaler le plateau inférieur 10 angulairement autour de l'axe Oz par rapport au plateau rotatif 27. Le plateau inférieur 10 est alors disposé sur le plateau 33 du dispositif de décalage. Le plateau 33 du dispositif de décalage est guidé en rotation autour de l'axe Oz par rapport au plateau rotatif 27 au moyen d'une liaison de décalage. Les moyens de réalisation de la liaison de décalage seront décrits en référence aux figures 6, 9 et 10.

La liaison de décalage vise à mettre en place une liaison pivot de grande précision et de grande stabilité. En particulier, on souhaite que celle-ci assure une stabilité de position de l'ordre du nanomètre. Par ailleurs, le décalage autorisé doit être continu sur 360° afin d'optimiser la procédure de multi-retournement. Enfin, l'axe de rotation de la liaison de décalage doit coïncider avec celui du roulement à billes assurant la rotation du plateau rotatif par rapport au bâti. Cette liaison est à cet égard réalisée à partir d'une rainure en V 29 associée à trois appuis 28, tels que visibles sur la figure 6. Les extrémités circulaires des trois appuis 28 et la rainure 29 permettent un guidage en liaison linéaire annulaire de chacun des trois appuis. Afin d'éviter la transmission de perturbations, le plateau du dispositif de décalage 33 est lié à chacun des appuis par une liaison glissière permettant une unique translation radiale.

Un anneau de couplage 34 est en outre disposé. Sa fonction est de rattraper d'éventuelles imprécisions de décentrage de l'axe de rotation du plateau du dispositif de décalage ou du décalage angulaire. L'anneau de couplage 34 est lié au plateau du dispositif de décalage 33 par une liaison pivot autour de l'axe Oz. Il est aussi lié au moyen de trois bielles de couplage 35 aux appuis 28. Comme on le voit sur la figure 6, une bielle de couplage 35 est liée par une première liaison pivot d'axe 0, à un appui 28 et par une seconde liaison pivot d'axe 0, à l'anneau de couplage. Dans cette figure, la bielle de couplage est disposée selon un angle de préférence de 45° par rapport à la direction radiale. On peut envisager, sans sortir du cadre de l'invention, un autre dispositif présentant des bielles de couplage orientées selon un angle différent avec la direction radiale. Dans ce cas particulier, les appuis 28 sont des patins flexibles tels que le patin 30 représenté en figure 9. La bielle de couplage 35 est une bielle renforcée telle que visible sur la figure 8. Les liaisons pivot comme celle entre l'anneau de couplage 34 et le plateau du dispositif de décalage 33 sont assurées au moyen de lames flexibles 36 comme celles de la figure 7.

De cette manière, lorsqu'un appui 28 subit un décalage radial, il entraîne le déplacement de la bielle de couplage 35 correspondante. Celle-ci entraîne alors l'anneau de couplage 34 en micro-rotation autour de l'axe Oz. Cette micro-rotation entraîne le déplacement analogue des autres bielles de couplage 35, qui entraîne un décalage radial identique des appuis 28. De cette manière, on s'affranchit des défauts de micro-repositionnements et les coordonnées de l'axe de rotation du plateau du dispositif de décalage sont constantes. Ce micro-repositionnement est indispensable en particulier lors d'une dilatation thermique. La structure de la liaison permet ainsi de compenser mécaniquement l'expansion de la matière et d'assurer toujours la liaison isostatique. La figure 7 représente une lame flexible utilisée pour la mise en oeuvre des liaisons pivots.

On peut les utiliser pour réaliser les liaisons pivot évoquées en référence aux figures 5a et 5b. On peut utiliser une seule lame simple, mais l'utilisation de plusieurs lames disposées d'une façon croisée améliore nettement la qualité du pivot.

On peut également les utiliser pour réaliser les liaisons pivot de la liaison de décalage décrite en référence à la figure 6. En particulier, on pourra utiliser plusieurs lames flexibles orientées selon la direction radiale entre le plateau du dispositif de décalage 33 et l'anneau de couplage 34.

On a par ailleurs représenté à la figure 8 une bielle renforcée utilisée pour assurer une conversion de mouvement. Par exemple, en se référant à la figure 5a, cette bielle peut être utilisée pour réaliser la bielle renforcée 15 dite de translation qui assure la conversion du mouvement de rotation du bras de levier 16 en un mouvement de translation du plateau intermédiaire 12 par rapport au plateau inférieur 10. La bielle renforcée de la figure 8 peut également assurer un guidage. Elle peut donc être utilisée pour réaliser la première bielle renforcée 13 qui assure une fonction de guidage en translation latérale conjointement avec la bielle renforcée 14 de rotation. Une bielle renforcée telle que visible sur la figure 8 peut enfin être utilisée comme bielle de couplage dans le dispositif de la figure 6. La figure 9 représente une vue tridimensionnelle d'un patin 30 pouvant être utilisé comme appui 28 en référence à la figure 6. Le patin 30 possède une forme bombée, et il est solidaire d'une lame flexible 32 liée au plateau du dispositif de décalage 33. De cette manière et grâce à la présence des autres patins, il assure une liaison isostatique et ponctuelle en trois points. Par ailleurs, il est muni de rainures 31 permettant d'évacuer rapidement un lubrifiant entre les deux surfaces métalliques. Les rainures 31 peuvent s'étendre dans une direction, comme sur l'exemple de la figure 9, ou dans plusieurs directions et se croiser.

La figure 10 présente un patin 30 tel que décrit précédemment coopérant avec la rainure 29 en V. Sont représentées une vue de dessus et une vue en coupe ortho-radiale. Chaque patin 30 a une forme bombée, comme on le voit sur la coupe ortho-radiale. Cette forme entraîne la création de deux zones de contact représentées mises en évidence sur la vue de dessus et favorise le glissement des patins 30 dans la rainure en V. On peut également à cette fin utiliser un lubrifiant. On va maintenant décrire en référence aux figures 11 à 13 le mode de fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit. Les figures 11 et 12 illustrent en particulier un procédé de correction de la composante selon la direction Ox de l'inclinaison de la pièce par rapport à l'axe de rotation du plateau inférieur 10, à l'aide du dispositif décrit précédemment.

Pour rappel, la correction de l'inclinaison de la pièce consiste à disposer l'axe de la pièce P selon une direction parallèle à l'axe de la machine. Comme indiqué précédemment en référence aux figures 5a et 5b, la pièce P est disposée sur un support de pièce 20, liée à un plateau inférieur 10 par deux liaisons pivot glissant respectivement dans les plans normaux aux directions Ox et Oy. Le plateau inférieur 10 est rotatif, lié au bâti 11 par une liaison pivot dans le plan normal à Oz. Le dispositif comprend également une structure métrologique, comprenant un capteur libre de translation au moins selon la direction O. A titre d'exemple non limitatif, la pièce P est supposée cylindrique, et est inclinée par rapport à l'axe Oz. Dans cet exemple, on supposera que l'axe Oz est vertical. Lors d'une première étape El, on place le capteur face à la pièce à mesurer, à une altitude Zo prédéterminée, de sorte qu'il pointe dans la direction Ox. On pourra à cet égard déplacer le capteur selon la verticale Oz puis faire tourner le plateau intermédiaire 21, lié au système d'axe (0x, Oy, Oz), de sorte que le capteur mesure dans la direction O,, dans un sens ou dans l'autre.

On réalise ensuite une première mesure de distance entre le capteur et la surface de la pièce en regard (étape E2). Lors de l'étape E3 suivante, et comme visible sur la figure 12, on provoque une translation verticale du capteur de l'altitude Zo à une altitude Z1. On réalise ensuite une seconde mesure de distance entre le capteur et la surface de la pièce en regard (étape E4). On détermine ensuite lors de l'étape E5 suivante l'écart entre la première et la seconde mesure, ce qui donne une indication de la composante selon Ox de l'inclinaison de la pièce. Et l'on rattrape mécaniquement cet écart d'angle grâce aux moyens de réglage de l'orientation du support 20 (étape E6). Ainsi il est aisé de corriger une composante de l'inclinaison de la pièce par rapport à l'axe de la machine. Après avoir corrigé la composante selon O,, on peut corriger la composante de l'inclinaison selon la direction Oy afin que l'axe de la pièce P soit exactement parallèle à l'axe de la machine. On va enfin décrire en référence à la figure 13 la correction de la composante selon la direction Ox du décentrage de la pièce par rapport à un point fixe de l'axe de rotation du plateau intermédiaire 21 par rapport au bâti 11, à l'aide du dispositif décrit précédemment. Pour rappel, la correction du décentrage consiste à faire coïncider au mieux un point de l'axe de la pièce avec un point de l'axe de la machine.

La pièce à mesurer est positionnée sur le support 20 liée à un plateau inférieur 10 par deux liaisons pivot normales aux directions respectives O, et Oy. Le plateau inférieur est rotatif, et lié au bâti 11 par une liaison pivot dans le plan normal à la direction Oz. Le dispositif comprend également une structure métrologique, comprenant un capteur libre de translation au moins selon la direction Oz. Dans cet exemple non limitatif, la pièce P est également supposée cylindrique. On supposera également que l'axe Oz est vertical. La pièce P admet un décentrage selon Ox et selon Oy par rapport à un point de l'axe Oz.

Lors d'une première étape E7, on place le capteur C face à la pièce, de sorte qu'il pointe dans la direction Ox. Lors de l'étape E8 suivante, on réalise une première mesure de distance entre le capteur et la surface de la pièce en regard. On provoque ensuite un décalage angulaire de 180° du plateau inférieur 10 (étape E9). Lors de l'étape El0 suivante, on réalise une seconde mesure de distance entre le capteur et la surface de la pièce en regard. On calcule ensuite l'écart entre la première et la seconde mesure (étape Ell), ce qui donne une indication sur le décentrage de la pièce selon la direction Ox. On rattrape enfin mécaniquement cet écart d'angle grâce aux moyens de réglage du positionnement du support 20 (étape E12). Ainsi il est aisé de corriger une composante du décentrage de la pièce par rapport à l'axe de la machine. Après avoir corrigé la composante selon la direction O,, on corrige le décentrage selon la direction Oy afin que l'axe de la pièce passe sensiblement par un point de l'axe de la machine. Ainsi le dispositif de positionnement qui vient d'être décrit, qui comprend un ensemble de commande du déplacement du support muni d'un bras de levier motorisé agissant sur une bielle couplée au support, permet d'obtenir des mouvements reproductibles et avec des frottements très limités par rapport aux dispositifs à guidage linéaire à billes de l'état de la technique. On notera par ailleurs que grâce aux quatre liaisons non-couplées comprenant des lames flexibles, les mouvements selon les quatre degrés de liberté sont totalement indépendants les uns par rapport aux autres. Au moyen des liaisons comprenant des bras de levier et de leurs actionneurs comprenant des vis micrométriques, la sensibilité des moyens de réglage est variable.

Lorsqu'on utilise un actionneur motorisé situé à l'extérieur de la structure, on évite d'introduire une source de chaleur dans un élément de la chaîne métrologique, et l'on augmente ainsi la précision des mouvements du support.

L'utilisation d'un dispositif de décalage angulaire sur lequel est monté le plateau inférieur permet par ailleurs de provoquer un décalage angulaire progressif d'axe vertical de ce plateau, et ainsi d'automatiser l'application des techniques de détection de défauts et d'augmenter la précision de la mesure de forme. La structure flexible permet une liaison de décalage avec une stabilité de position de l'ordre du nanomètre, avec un décalage possible sur 360°, et sur un axe de rotation fixe. L'utilisation de patins couplés à une lame flexible permet une liaison et un guidage en rotation isostatiques.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de positionnement d'une pièce à mesurer sur un appareil de mesure de caractéristiques géométriques d' obj ets, comprenant un support de pièce (20) mobile destiné à recevoir la pièce (P) à mesurer, des premiers moyens de réglage du positionnement du support (20) selon deux degrés de liberté dans un plan horizontal, comprenant une liaison glissière, des deuxièmes moyens de réglage de l'orientation du support (20) autour de deux axes horizontaux, comprenant une liaison pivot et des moyens de mesure adaptés pour mesurer le centrage de la pièce par rapport à un point fixe et l'inclinaison de la pièce par rapport à la verticale, associés à des moyens agissant sur les premiers et deuxièmes moyens de réglage, caractérisé en ce que l'un au moins des premiers et deuxièmes moyens de réglage comporte un élément de commande du déplacement du support (20) comprenant un bras de levier motorisé agissant sur une bielle couplée au support.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens de réglage du positionnement du support de pièce comportent : - une première bielle (13), liée par une liaison pivot (PO4) avec un premier plateau (10), et par une liaison pivot (P05) avec un plateau intermédiaire (12), - une deuxième bielle (14) de commande de rotation, liée par une liaison pivot (P06) au premier plateau (10) et par une liaison pivot (P10) au plateau intermédiaire (12), - un bras de levier de translation (16) lié par une liaison pivot (P09) au plateau intermédiaire (12), - une troisième bielle (15) de commande de translation, liée par une liaison pivot (P08) au bras de levier de translation (16) et par une liaison pivot (P07) au premier plateau (10).
3. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deuxièmes moyens de réglage de l'orientation du support de pièce comportent : - une première bielle renforcée (13), liée par une liaison pivot (PO4) à un premier plateau (10), et par une liaison pivot (P05) à un plateau intermédiaire (12), - un bras de levier de rotation (17) lié par une liaison pivot (P11) au plateau intermédiaire (12), - une deuxième bielle de commande de rotation (14), liée par une liaison pivot (P10) au bras de levier de rotation (17) et par une liaison pivot (P06) au premier plateau (10), et - une troisième bielle (15) de commande de translation, liée par une liaison pivot (P07) au premier plateau (10) et par une liaison pivot (P08) au plateau intermédiaire (12).
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'une au moins des liaisons pivots comporte une ou plusieurs lames flexibles (36).
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une vis micrométrique motorisée pour le déplacement d'un ou plusieurs des leviers de translation (16, 24) ou de rotation (17, 25).
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moteur de la vis micrométrique est situé à l'extérieur de la structure du dispositif, ou embarqué dans le mécanisme.
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le plateau inférieur (10) est monté sur le plateau (33) d'un dispositif de décalage angulaire permettant un décalage angulaire du plateau inférieur (10) autour de l'axe vertical.
8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la liaison de décalage du plateau du dispositif de décalage (33) par rapport à sa base (27) est mise en oeuvre au moyen d'une structure flexible (26) comprenant des appuis (28) logés verticalement dans une rainure (29) pratiquée dans la base (27) du dispositif de décalage, et liés au plateau du dispositif de décalage parune liaison permettant une translation radiale de l'appui par rapport au plateau (33).
9. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la structure flexible (26) comprend en outre un anneau de couplage (34), lié au plateau (33) du dispositif de décalage par une pluralité de lames flexibles (36) disposées selon la direction radiale, les appuis (28) étant des patins (30) couplés à une lame flexible (32), trois bielles de couplage (35) étant liées à l'anneau de couplage par une liaison pivot autour d'un axe vertical et au patin par une liaison pivot autour d'un axe vertical.
10. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est actionné par au moins un actionneur manuel ou motorisé.
11. 11. Procédé de positionnement d'une pièce à mesurer sur un appareil de mesure de caractéristiques géométriques d'objets, au moyen d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - on place un capteur face à la pièce ; - on réalise une première mesure de distance entre le capteur et une surface de la pièce ; - on déplace le capteur ; - on réalise une seconde mesure de distance entre le capteur et la surface de la pièce; - on mesure l'écart entre la première et la seconde mesures, et - on règle la position du support en fonction de l'écart mesuré.
12. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel les étapes de positionnement de la pièce consistent à corriger le décentrage de la pièce sur une structure de support.
13. 13. Procédé selon l'une des revendications 11 et 12, dans lequel les étapes de positionnement de la pièce consistent à corriger l'inclinaison de la pièce.