Brevet FR2135461A1 — publié le 19721222

'invention concerne un palpeur > muTtidirectionnel électrique fournissant un signal électrique lorsqu'une contrainte mécanique s1 exerce sur son doigt de palpage suivant n'importe quelle direction qu'elle soit axiale par rapport au doigt de palpage, perpendicularre ou oblique. Notamment le palpeur suivant l'invention est susceptible de délivrer une impulsion brève lorsque la contrainte mécanique exercée sur le doigt de palpage passe par une valeur précise et préréglée. On sait que les palpeurs à contact mecanique, disponibles à l'heure actuelle dans le commerce, comportent un doigt de palpage et répondent en général à toute contrainte mécanique comprenant une composante orientée suivant une direction privilégiée perpendiculaire à l'axe dudit doigt. En effet, dans ce type de palpeurs le doigt de palpage est lié à une poutre située dans un plan perpendiculaire à l'axe du doigt. Lorsque le doigt de palpage est soumis à une contrainte mecanique comprenant une composante orientée suivant l'axe de la poutre, il entrai- ne en flexion la poutre fixée par ailleurs partiellement à une masse rigide ; la contrainte exercée sur la poutre de flexion est mesurée au moyen de jauges de déformation.Le signal fourni par la jauge est étalonné en fonction des contraintes appliquées au doigt de palpage dans le plan défini par l'axe du doigt de palpage et l'axe de la poutre de flexion. Un tel dispositif présente de nombreux inconvénients. Un tel dispositif ne donne de mesure précise et étalonnée que dans le plan-formé par l'axe du doigt et l'axe de la poutre de flexion. Pour faire une mesure suivant une direction orthogonale il est nécessaire de faire subir à l'appareil une rotation de 900 ou d'associer un deuxième palpeur au premier. De plus les palpeurs de ce type ne sont pas adaptés à répondre à une contrainte exercée suivant une direction qui ne serait pas contenue dans un plan perpendiculaire à l'axe du doigt de palpage. La Demanderesse a réalisé un palpeur qui élimine les inconvénients énumérés ci-dessus et qui permet de mesurer suivant toutes les directions. L'objet de l'invention est un palpeur électrique multidirectionnel fournissant un signal lorsque la contrainte passe par une valeur prereglee comprenant un doigt de palpage interchangeable, un porte-palpeur sur lequel se fixe le doigt de palpage, des poutres de contrainte perpendiculaires à l'axe du doigt de palpage, des jauges de déformation fixées aux points où le moment de flexion des poutres de contrainte est maximal, un corps externe rigide formant boîtier externe et un coffret d'alimentation d'exploitation étalonne, caractérisé en ce que les poutres de contrainte sont taillées dans une pièce mince présentant un plan de symétrie perpendiculaire à l'axe du doigt de palpage et en ce que ladite pièce mince est rendue étroitement solidaire du porte-palpeur. Selon une version preféree de l'invention la pièce mince, dans laquelle sont taillées les poutres de contrainte, est constituée par un disque circulaire ajouré. Pour rendre la pièce mince dans laquelle sont taillées les poutres de contrainte étroitement solidaire du porte-palpeur, la Pezanderesse a souvant réalisé ladite pièce mince et le porte-palpeur dans une seule pièce de métal. La Demanderesse a cependant réalisé un palpeur électrique multidirectionnel dans lequel le porte-palpeur et la pièce mince dans laquelle sont taillées les poutres de contrainte ont été soudées par bombardement électronique. La liaison entre la pièce mince dans laquelle sont taillées les poutres de contrainte et le corps externe rigide doit être particulièrement soignée si l'on désire obtenir des mesures précises et fidèles. Selon une version préférée de l'invention la pièce mince dans laquelle les poutres de contrainte sont taillées perpendiculairement entre elles est fixée au corps externe rigide en trois points formant dans le plan de symétrie un triangle rectangle dans lequel le milieu de l'hyopthénuse est le point d'intersection dudit plan de symétrie de la pièce mince et de l'axe du doigt de palpage. En chacun de ces points cette liaison est réalisée par serrage mécanique et goupillage concentrique au serrage. La liaison de la pièce mince au boîtier peut également être assurée de manière uniforme et rigide sur toute la périphérie par l'intermédiaire d'un anneau présentant un grand moment d'inertie. Ce cas est favorable à la recherche précise de positionnement, par exemple, par retour à des valeurs identiques de déformation, de la pièce mince-méthode de zéro. L'enceinte rigide est constituée comme une boite cylindrique munie d'un cou vercle épais. ta partie latérale de l'enceinte est également epaisse. Elle se prolonge à sa base par un fond percé d'une ouverture cylindrique d'un diamètre légèrement supérieur à celui du porte-palpeur. L'intervalle entre ces deux pièces forme un entrefer définissant le déplacement transversal maximal toléré pour le doigt de palpage. Les directions définies par les axes de symétrie de la pièce mince constituent les axes des poutres de contrainte. La direction axiale du doigt de palpage est également privilégiée. Mais par construction le palpeur offre une résistance plus éleVée aux déplacements axiaux qu'aux déplacements orthogonaux. Le coffret d'exploitation comprend obligatoirement un étage "alimentation" fournissant une tension continue réalisée de façon parfaitement classique. Pour les mesures axiales, le coffret d'exploitation comprend un commutateur de sensi bilité permettant d'obtenir, pour une force d'application donnée, un signal de même valeur que pour une contrainte orthogonale à l'axe du doigt de palpage. Le coffret d'alimentation comprend également un étage "amplification - com 11 parais on qui traite le signal issu du capteur et délivre une information sous forme d'une impulsion brève lorsque la contrainte atteint une valeur préréglée. L'invention sera mieux comprise si l'on se reporte à la description de la réalisation qui va suivre citée à titre d'exemple nullement limitatif dans laquelle - la figure 1 est une coupe de la partie mécanique du palpeur selon l1inven- tion, - la figure 2 indique l'emplacement des jauges, - la figure 3 est une vue en plan de la pièce mince dans laquelle sont taillées les poutres, - la figure 4 est une représentation schématique du coffret d'exploitation. Si l'on se reporte à la figure 1 on voit que l'enceinte rigide est constituée essentiellement de deux pièces épaisses le couvercle 1 et un corps cylindrique 2. On voit que le couvercle comporte en son centre une protubérance cylindrique 3 dont la face inférieure est dressée. La pièce mince dans laquelle sont taillées les poutres de contrainte est dans l'exemple de réalisation constituée par un disque circulaire mince 4. Le porte-palpeur 6 est taillé dans la mena pièce que le disque mince 4. Un doigt de palpage amovible 7 s'engage dans une cavité cylindrique 8 située exactement dans l'axe du palpeur. La cavité cylindrique a comporte une rauche 9 d'un deuxième cylindre. Le doigt de palpage est bloqué dans cette cavité par une vis de pression JO. il en résulte que le doigt de palpage est maintenu dans le porte-palpeur suivant les deux génératrices d'intersection des cavités 8 et 9 ainsi que par la vis 10. Un tel montage est isostatique. Le fond de l'enceinte rigide est percé d'une ouverture circulaire d'un diamètre légèrement supérieur à celui du portepalpeur.Un intervalle de 6,3 mm permet de donner à l'extrémité du doigt du palpeur une course suffisante tout en maintenant le moment de flexion des poutres à l'intérieur du domaine élastique. La flexion axiale est limitée par la protu bérance 3. On voit en 12 l'une des vis assurant la liaison entre le couvercle 1 de l'enceinte rigide et la partie cylindrique 2 tout en immobilisant localement le disque circulaire mince 4. Le corps de la vis 12 est rectifié ainsi que la cavité du couvercle 1, la cavité du corps cylindrique 2 et l'ouverture 17 du disque 4. On assure ainsi une liaison sans jeu entre le couvercle 1, le disque 4 et le corps cylindrique 2. Sur la figure 2 on a représenté le porte-palpeur 6 et le disque circulaire mince 4. On voit apparaître en 15 et 16 les jauges appliquées à l'une des. poutres. On voit qu'elles sont placées effectivement aux points où le moment de flexion est maximal. La figure 3 représente le disque circulaire mince vu du dessus. Les trois passages circulaires 17, 18, 19 correspondent aux vis telles que la vis 12. Les trois passages 17, 18 et 19 sont donc fixés et liés au couvercle 1 de l'enceinte rigide et au corps cylindrique 2. Les trois passages 17, 18. et 19. déterminènt deux axes de symétrie x x' et y y' perpendiculaires entre eux qui vont consti tuer les axes des deux poutres. On améliore la flexion des poutres en ajourant le disque suivant les trois contours identiques 20, 21 et 22 disposés de façon à occuper la même position par rapport aux trois passages 17, 18 et 19. On a fait figurer en tireté en 6 un cercle représentant la trace du portepalpeur. La jauge 15 est placée au voisinage immédiat de ce cercle 23. Cette jauge mesure avec la jauge 16 située au-dessous du disque les déformations suivant l'axe x XI de l'une des deux poutres. La jauge 24 correspond à la direction y y'. La jauge 25 placée au-dessous de la jauge 24 est représentée en pointillé Les deux directions définies par les axes de symétrie des poutres sont repérés extérieurement. La figure 4 représente le schéma d'un coffret d'alimentation et d'exploitation dans lequel le palpeur permet de déterminer si la contrainte à laquelle est soumis le doigt de palpage atteint une valeur préréglée tout en indiquant si cette valeur est atteinte en partant de l'état de contrainte nulle ou en y revenant, cette détermination étant effectuée quelle que soit la direction d'application de la contrainte. Le dispositif fournit alors une impulsion au passage de la contrainte par la valeur préréglée Les jauges 15 et 16 correspondant à la poutre d'axe x x' > les jauges 24 et 25 correspondant à la poutre y y' sont montées en un pont alimenté en courant continu en 30 et 31. Le montage de jauges est réalisé de telle sorte que les deux jauges d'une mena poutre constituent des branches adjacentes du pont.Une diagonale du pont fournit les informations recherchées ; un commutateur 32 permet en effet de brancher cette diagonale du pont soit sur un appareil de mesures analogiques 33 tel qu'un voltmètre numérique par exemple soit sur un élément comparateur permettant de déterminer si la contrainte actuellement exercée sur le doigt de palpage a atteint ou dépassé la valeur préréglée. Cet élément comparateur comprend essentiellement quatre amplificateurs différentiels 34, 35 > 36 et 37. Une entrée de ces quatre amplificateurs montée en parallèle recueille le signal, créé par le déséquilibre du pont des jauges 15, 16, 24, 25, se produisant lorsqu'une contrainte s'exerce sur le palpeur. Une source de tension positive El reliée à la masse à travers les deux résistances 39 et-40 définit en un point 60 situé entre les deux résistances une tension parfaitement définie. Un commutateur 38 permet de brancher une résistance 40' à la place de la résistance 40 définissant ainsi un nouveau potentiel au point 60. Le point 60 est relié à la deuxième entrée de l'amplificateur différentiel 34. La même source de tension positive E1 reliée à la masse à travers les deux résistances 41. et 42 définit au point 61 un potentiel bien défini. Un commutateur 43 permet de brancher une résistance 42' à la place de la résistance 42 Le point 61 est relié à la deuxième entrée de l'amplificateur différentiel 35 La' deuxième entrée de l'amplificateur 36 est reliée au point 62 dont le potentiel est défini par le courant qui s'écoule entre la source de tension négative -El et la masse à travers les résistances 44 et 45. Grâce au commutateur 46 la résistance 45' peut être substituée à la résistance 45 définissant ainsi un nouveau potentiel au point 62. De même la deuxième entrée de l'amplificateur différentiel 37 est reliée au point 63 dont le potentiel est défini par le courant qui circule entre la source de tension négative -El et la masse à travers les résistances 47 et 48. Grâce au commutateur 49, la résistance 48 peut être remplacée par la résistance 48' modifiant ainsi le potentiel de la deuxième entrée de l'amplificateur différentiel 37. Les commutateurs 38, 43, 46 et 49 sont actionnés de façon parfaitement simul tanée, modifiant ainsi en même temps les potentiels de la deuxième entrée des amplificateurs différentiels. Les sorties des amplificateurs 34 et 36 aboutissent respectivement à l'entrée 50 et 51 d'un élément logique OU 52. La sortie de l'amplificateur 35 est reliée à la sortie de l'amplificateur 34 par l'intermédiaire d'un inverseur 53. La sortie de l'amplificateur 36 est reliée à la sortie de l'amplificateur 37 par l'intermédiaire doun inverseur 54. Le signal sortant de l'élément logique OU 52 alimente un témoin lumineux 56 ainsi qu'un circuit 55 mettant en forme le signal sortant de ltelement logique OU 52. Ce circuit 55 ne délivre qu'une seule impulsion correspondant au moment où la valeur de la contrainte passe par la valeur de consigne fixée à l'avance. Le fonctionnement du coffret d'exploitation est simple : la valeur relative des résistances 39 et 40 détermine#la tension appliquée à l'une des entrées de l'amplificateur différentiel 34 et par suite la valeur du signal entrant par la deuxième entrée dans l'amplificateur pour laquelle ce dernier délivre un signal. En réglant les valeurs des résistances 39 et 40 on définit ainsi la contrainte positive pour laquelle on désire recevoir une information. De même les valeurs des résistances 44 et 45 déterminent la valeur de la contrainte négative pour laquelle on désire recevoir une information de la part de l'amplificateur différentiel 36. De sorte qu'en utilisant uniquement les amplificate#urs différentiels 34 et 36, on peut recevoir une impulsion à la sortie du circuit 53 lorsque le palpeur est soumis à une contrainte au moins égale à celle qui est préréglée et ce quelle que soit la direction d'application de celle-ci. Une telle impulsion peut être utilisée pour arrêter ou commencer un comptage. Les résistances 41 et 42 déterminant le potentiel de entrée 61 de l'amplificateur différentiel 35 sont préréglées de telle façon que le potentiel du point 61 soit très légèrement supérieur à celui du point 60 à L'entrée de l'amplificateur 34. Il en résulte que lorsqu'une contrainte positive croissante est appliquée au palpeur, après l'amplificateur différentiel 34 l'amplificateur différentiel 35 laisse passer le signal à son tour dès que la valeur de cette contrainte a dépassé un deuxième niveau préréglé. L'inverseur 53 inverse le signe de la tension issu de l'amplificateur 35, annulant ainsi le signal issu de l'amplificateur 34, le circuit logique OU 52 ne reçoit plus de signal.Il en résulte qu'à la sortie 55-1 du coffret d'exploitation on ne reçoit un signal que tant que la contrainte, ayant atteint la valeur nominale affichée au point 60, n'a pas dépassé la valeur affichée au point 61. Lorsque la contrainte après avoir dépassé la valeur de consigne et la valeur affichée au point 61, se met à décroître et passe par la valeur pour laquelle l'amplificateur différentiel 35 cesse de conduire, l'inverseur 53 ramène l'amplificateur différentiel 34 en service. Le circuit 55, à nouveau alimenté par valeurs décroissantes, fournit une impulsion à sa sortie 55-2. Le circuit 55 étant sensible à la dérivée du signal, fournit cette fois une impulsion négative. On comprend aisément le rôle des amplificateurs 36 et 37 en présence d'une contrainte négative. On obtient dans les mêmes conditions un signal à la sortie 55-1 du circuit 55 lorsque la contrainte a atteint la valeur de consigne préréglée par le potentiel du point 62. Dans les mêmes conditions l'amplificateur différentiel 37 arrête le fonctionnement de l'amplificateur différentiel 36 grâce à l'inverseur 54. que la contrainte soit positive ou négative, le palpeur permet de déclencher ou d'arrêter un comptage lorsque la contrainte passe par une valeur préréglée. Ce comptage peut être effectué au moyen d'un compteur ne faisant pas partie de l'invention, relié au circuit 55 par une sortie séparée 55-3. On a vu jusqu'à présent le fonctionnement du palpeur préréglé selon une direction qui peut être par exemple la direction repérée x x' sur le palpeur. Si l'on veut utiliser également le palpeur suivant une deuxième direction perpendiculaire, la direction axiale par exemple, un autre étalonnage est nécessaire. On utilisera à cette fin les résistances 40', 42', 45' et 48'. En effet le potentiel au point 60 par exemple était défini par le rapport des résistances 39 et 40, on dispose à la place de la résistance 40, la résistance 40t définie en fonction de la contrainte que l'on veut tolérer suivant cette direction axiale avant le déclenchement du compteur.De même, la résistance 42 sera remplacée par la résistance 42.'.,. la résistance 45. par la résistance 45' et la résistance 48. par la résistance 48.' .- Le passage des résistances telles que 40. aux résistances telles que 40' s'effectue très simplement par action simultanée sur les commutateurs de sensibilité 38, 43, 46 et 49. En incorporant au montage des résistances 40, 42, 45, 48 une série de résistances 40", 42".,. 48" on obtient une troisième position de réglage suivant un axe tt' oblique. Un dispositif expérimental comprenant un jeu de neuf résistances pour chacune des quatre résistances 40, 42,. 45 et 48 a été réalisé. Il permet d'étalonner le palpeur pour des directions échelonnées de 10. degrés en 10 degrés. Bien que le dispositif qui vient d'être décrit paraisse le plus avantageux pour la mise en oeuvre de l'invention, on comprendra que diverses modifications puissent lui être apportées sans sortir du cadre de cette invention. Certains éléments décrits ci-dessus peuvent être remplacés par d'autres élements susceptibles d'y. assurer la même fonction technique. REVENDICATIONS il Palpeur électrique multidirectionnel fournissant un signal lorsque la contrainte passe par une valeur préréglée comprenant un doigt de palpage interchangeable, un porte-palpeur sur lequel se fixe le doigt de palpage, des poutres de contrainte perpendiculaires à l'axe du doigt de palpage, des jauges de déformation connectées électriquement entre elles pour former un pont de mesure et fixées aux points où le moment de flexion des poutres de contrainte est maximal, un corps externe rigide formant bottier externe et un coffret d'exploitation étalonné recevant les indications provenant dudit pont de mesure caractérisé en ce que les poutres de contrainte sont taillées dans une pièce mince étroitement solidaire du porte-palpeur, présentant un axe de symétrie suivant l'axe du doigt de palpage et un plan de symétrie perpendiculaire audit axe. 2/ Palpeur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite pièce mince, étroitement solidaire du porte-palpeur, est fixée au corps externe rigide en trois points équidistants du point de rencontre de l'axe de symétrie avec le plan de symétrie et formant avec ce dernier point pris colepe sommet deux triangles rectangles isocèles adjacents dont les deux bissectrices orthogonales définissant dans ladite pièce mince les deux directions orthogonales des poutres de flexion. 3/ Palpeur électrique suivant la revendication 2 caractérisé en ce que ladite pièce mince contenant les poutres de flexion orthogonales est ajourée de trois ouvertures identiques respectivement symétriques par rapport aux côtés isocèles desdits triangles rectangles isocèles et pouvant se déduire l'une de l'autre par rotation. 4/ Palpeur selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la liaison, entre la pièce mince, dans laquelle sont taillées les poutres de contrainte et le corps rigide externe, est réalisée par serrage mécanique et goupillage concentrique au serrage 5/ Palpeur selon la revendication 3 caractérisé par le fait que la liaison entre d'une part la pièce mince dans laquelle sont tailles les poutres de contrainte et d'autre part le bottier est assurée par l'intermédiaire d'un anneau présentant un grand moment d'inertie. 61 Palpeur électrique selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la pièce mince dans laquelle sont taillées les poutres de contrainte est constitué par un disque circulaire ajouré. 71 Palpeur électrique selon la revendication 6 caractérisé en ce que le disque circulaire ajouré et le porte-palpeur sont taillés dans la meme pièce. 8/ Palpeur électrique selon la revendication 6 caractérisé en ce que le disque circulaire ajouré et le porte-palpeur ont été soudés par bombardement électronique. 9/ P peur électrique multidirectionnel suivant la revendication 6 dont le coffret de mesure comprend un étage d'amplification et de comparaison formé d'amplificateurs différentiels à deux entrées dont la première est maintenue à un potentiel préréglé correspondant à une contrainte dirigée perpendiculairement à l'axe du doigt de palpage, tandis que les autres entrées sont réunies en parallèle, caractérisé en ce qu'un commutateur de sensibilité permet de modifier simultanément les potentiels appliqués à l'entrée des amplificateurs différentiels de telle sorte que lorsque la même contrainte que précédemment s'exerce suivant la direction de l'axe du doigt de palpage, le signal sortant du coffret de mesure garde la meze valeur. 10/ Palpeur électrique selon la revendication 9 fournissant, lorsqu'une force croissante lui est appliquée, un signal au moment où cette force atteint un pre mier seuil prédéterminé et cessant d'émettre ce signal lorsque la force dépasse un deuxième seuil prédéterminé pouvant être très proche du premier caractérisé en ce qu'il comprend dans son étage d'amplification et de comparaison au moins deux amplificateurs différentiels, l'une des entrées du premier de ces amplificateurs étant préréglée pour la contrainte correspondant au premier seuil, l'une des entrées du deuxième amplificateur étant préréglée pour le deuxième seuil, les sorties des deux amplificateurs vers le circuit de mise en forme du signal étant couplées par un inverseur qui met en opposition le signal sortant de ces deux amplificateurs lorsque la force appliquée dépasse le deuxième seuil de telle sorte que le circuit de mise en forme ne reçoit plus de signal jusqu'a ce que la contrainte ait franchi à nouveau le deuxième seuil par valeurs décroissantes. 11/ Palpeur électrique suivant la revendication 10 fournissant un signal au circuit d'utilisation lorsque la contrainte à laquelle son doigt de palpage est soumis est positive ou négative caractérisé en ce qu'il comprend dans son étage d'amplification et de comparaison autant d'amplificateurs différentiels dont l'une des entrées est maintenue à un potentiel préréglé positif que d'amplificateurs différentiels dont l'une des entrées est maintenue à un#potentiel préréglé négatif.