Capteur de déplacement linéaire pour un mouvement d'axe hélicoïdal

Le developpement des capteurs de deplacement a hautes performances du point de vue de la limite de resolution et de l’etendue de mesure, est devenu une demande croissante pour les systemes mecaniques et mecatroniques. Ce memoire presente la modelisation, la conception et la fabrication d’un capteur innovant permettant la mesure in-situ et en temps reel du deplacement lineaire d’un axe en mouvement de rotation. Ce capteur est caracterise par une grande etendue de mesure d’une dizaine de millimetres et par une resolution micrometrique. Apres une etude bibliographique portant sur les applications industrielles de ce capteur, une modelisation geometrique de la reflexion de lumiere par une surface convexe a ete developpee. Ce modele calcule l’intensite lumineuse detectee par le capteur en fonction du rayon de courbure de la surface. Il a montre que la sensibilite augmente en fonction du rayon de courbure (Rc) et que la resolution est optimale pour (Rc=20 mm). Ce modele geometrique a ete valide par des essais experimentaux dont les resultats ont montre une chute de la sensibilite pour des rayons inferieurs a (Rc= 15 mm). Pour cette raison, et afin de garantir le meilleur fonctionnement du capteur, le rayon de courbure choisi pour la fabrication du reseau de cones imbriques a ete de 25 mm. Une fois le rayon de courbure optimal choisi, une modelisation geometrique de la mesure de deplacements lineaires sur une grande etendue de mesure par l’utilisation de deux sondes et d’un reseau a cones imbriques a ete realisee. La technique d’usinage de haute precision (UHP) a ete presentee. Un premier prototype de ce reseau en alliage d’aluminium a ete obtenu. Puis, le modele geometrique a ete optimise pour mieux prendre en compte certaines contraintes de fabrication, ce qui a conduit a l’usinage d’un deuxieme prototype ayant des parametres geometriques legerement modifies et un meilleur etat de surface pour mieux reflechir la lumiere. Enfin, la validation experimentale du principe de mesure du capteur a fibres optiques (CFO) a ete faite pour ces deux prototypes du reseau de cones imbriques, a l’aide d’un montage mecanique, ce qui a permis d’orienter au mieux les sondes du CFO en face du reseau. Cette validation a permis d’evaluer les performances du CFO. Pour le premier prototype, un recouvrement de 30 µm a ete verifie entre les deux signaux. Differentes vitesses de translation et de rotation on ete appliquees ; ou on a remarque l’apparition des pics periodiques. Ces pics sont dus a un probleme de balourd de l’axe de rotation de la broche ; en augmentant les valeurs de la vitesse de rotation, les pics s’attenuent, car l’inertie de la broche est superieure. Pour cette raison, on a privilegie de travailler avec des vitesses de rotation elevees et une gamme de vitesse de translation tout en tenant compte de la frequence d’acquisition. Pour le deuxieme prototype, on a valide le principe de mesure avec deux sondes a fibres optiques. Un recouvrement suffisant a ete mesure entre les deux signaux. On a constate qu’en acceptant davantage de non-linearite, on augmente la largeur de la zone de recouvrement, ce qui facilite le basculement d’une sonde a l’autre et ainsi assure la continuite de la mesure sur une etendue millimetrique qui est fonction du nombre de cones, mais l’exactitude de la mesure s’en trouve diminuee. En augmentant la vitesse de translation, on diminue le nombre des points acquis dans la zone de recouvrement, ce qui exige une frequence d’acquisition plus elevee.