Brevet FR2235351A1 — publié le 19750124

La présente invention a pour objet un dispositif pour contrôler et mesurer les dimensions internes d'un corps creux cylindrique, notamment les diamètres intérieurs d'un tube ou d'un câble creux. Le secteur technique concerné par l'inventisn est celui de la construction des capteurs de diamètre ou d'écartement. Les corps creux cylindriques, ctest- -dire engendrés par des géneratrices rectilignes s' appuyant sur un contour fermé qui peut être circulaire ou non, sont très utilisés, notamment les tubes et les câbles creux. Dans de nombreuses applications, les dimensions intérieures, par exemple les diamètres intérieurs d'un tube doivent répondre a des tolérances rigoureuses et on est conduit contrôler ces dimensions intérieures pour déceler des défauts de fabrication ou une ovalisation eventuelle des tubes. Mais les tubes ou câbles creux peuvent se présenter en grandes longueursde plusieurs centaines de mètres avec des diamètres intérieurs de l'ordre du centimètre et dans certaines applications les tolérances sur le diamètre intérieur sont de quelques dizièmes de millimètres. A titre d'exemple sans aucun caractère limitatif, nous citerons le cas des câbles métalliques creux utilisés pour remorquer en mer des corps immergés, par exemple des sondes acoustiques, câbles dont la longueur eSt de plusieurs centaines de mètres et à l'intérieur desquels doivent passer des conducteurs électriques de sorte qu'il esttrès important que les diamètres de la cavité intérieure soient supérieurs a une côte minimale afin que les conducteurs électriques puissent être placés dans le câble. Ces câbles doivent donc f-aire l'objet d'un contrôle-- dimensionnel après leur fabrication avec une précision de l'ordre du dixième de millimètreks. L'objectif de la présente invention est un dispositif permettant de contrôler et de mesurer de façon continue et très précise les dimensions internes d'un corps creux cylindrique. Cet objectif est atteint au moyen d'un dispositif composé d'une part d'une sonde qui parcourt la cavité interne d'un corps creux et qui comporte au moins deux points d'appui sur les parois dont l'un au moins est fixé sur une lame flexible, encastrée dans le corps de ladite sonde, sur laquelle est collée au moins une jauge d'extensometrie dont la résistance varie en fonction de l'élongation et d'autre part de moyens pour mesurer en continu la résistance de ladite jauge. La sonde constitue le capteur de diamètre. On connaît les j auges d'extensométrie se présentant- sous forme d'une grille résistive qui est col lée sur une structure. Les déformations de la structure sont communiquées a la jauge et entraînent des variations de résistance de celle-ci lesquelles peuvent être mesurées et fournissent une mesure des déformations. La présente invention est une application nouvelle de ces jauges pour mesurer des variations de diamètre. tes variations de diamètre sont d'abord converties analogiquement en variations de flèche d'une lame flexible encastrée par l'une de ses extrémités. On mesure ensuite cette flèche en mesurant les variations relatives de longueur de jauges d'extensometrie collées sur la lame. Dans un mode de réalisation préférentiel, destiné à mesurer deux diamètres orthogonaux d'un corps creux de section circulaire, la sonde comporte deux paires de points d'appui disposés en croix, un des points d'appui de chaque paire étant fixé sur une lame flexible équipée d'au moins une jauge d'extensométrie. De préférence, chaque lame flexible comporte, sur chacune de ses deux faces, deux jauges d'extensométrie identiques situées à la même distance des extrémités, lesquelles jauges sont placées dans un pont de résistance, les deux jauges d'une même face constituant deux branches opposées de ce pont. Dans ce cas, la tension dans la diagonale du pont est proportionnelle au diamètre passant par le point de contact de la lame avec la paroi. Les points d'appui de la sonde et des lames flexibles sur les parois sont constitués de préférence par des patins en forme de calottes sphériques. Dans un autre mode de réalisation, les points d'appui des lames flexibles sont constitués par des patins arrondis dans le sens longitudinal et articulés autour d'un axe transversal porté par une chape en forme de fourche disposée à l'extrémité de chaque lame flexible. Le résultat de 1 invention est un nouveau produit constitué par un dispositif demeure ou de contrôle des dimensions intérieures d'un corps creux cylindrique, notamment d'un tube de grande longueur. Les avantages de cet appareil résident dans la possibilité qu'il offre de mesurer de façon continue,avec une grande précision,les variations de diamètre intérieur d'un corps creux. Bien entendu, la tension fournie par l'appareil peut être enregistrée en continu de tel-le sorte que l'examen ultérieur de l'enregistrement permet de déceler des défauts. On peut enregistrer simultanément les déplacements de la sonde ce qui permet de repérer la position de ces défauts. Un autre avantage de l'appareil est sa grande sensibilité du fait que la-tension proportionnelle au diamètre peut'être amplifiée ce qui permet de mettre en évidence des variations de diamètre très faibles, de l'ordre du dizième de millimètre. Cet appareil peut donc servir à contrôler et à réceptionner des corps creux avec des tolérances très sévères sur les dimensions intérieures. Un autre avantage tient au fait que l'appareil selon l'invention est réversible, c'est-à-dire peut être déplacé dans les deux sens ce qui permet de faire des va et vient à l'emplacement d'un défaut pour mieux localiser celui-ci ou pour confirmer une première mesure. Un autre avantage tient au très faible encombrement transversal qui permet d'obtenir des sondes pouvant circuler dans des tubes ou des cibles creux ayant un diamètre intérieur de l'ordre du centimètre et dont la longueur peut être de plusieurs centaines de mètres. Un autre avantage tient à ce que pour des lames flexibles ayant une longueur totale comprise entre 25 mm et 40 mm et une épaisseur de l'ordre du millimètre, les efforts nécessaires pour obtenir une flèche de un millimètre sont compris entre 42 et 1 newton donc restent des efforts très faibles qui ne risquent pas d'endommager les parois internes et qui n'entrainent pas des frottements importants La sonde est facile à déplacer. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent un mode de réalisation donné à titre d'exemple sans aucun caractère limitatif. La figure 1 est une coupe longitudinale d'une sonde selon l'invention. Les figures 2, 3, 4 et 5 sont des coupes transversales de la figure 1 passant par les lignes II Il, III III, IV IV et V V. La figure 6 est un schéma des circuits électroniques. La figure 1 représente en coupe un corps creux, par exemple un tube ou un câble creux, qui peut être de grande longueur, par exemple 300 metres et de diamètre intérieur relativement faible, par exemple, 25 mm. Dans ce corps creux on déplace,à vitesse constante ,en la tirant au moyen de câbles de traction 2, une sonde 3 qui porte des capteurs de diamètre 4a et 4b. Le corps de sonde est constitué d'une pièce cylindrique usinée 5, suffisamment rigide pour ne pas présenter de déformations de flexion. Cette pièce porte à l'avant, une chape, 6, vissée sur le corps de sonde, sur laquelle est fixé le câble de traction 2; un premier capteur 4a situé dans un plan diametral horizontal; un deuxième capteur 4b situé dans un plan diamétral vertical; des borniers de connexions éiectriques 7 placés sur un méplat et deux raccords filetés 8a et 8b servant à la fixation du cible 9 qui comporte à la fois un câble de traction 10 et des câbles conducteurs lia et Ilb. La figure 2 est une coupe transversale sur laquelle on voit la section du cIble 9 avec,au centre,le cIble de traction 1O et, à la périphérie, les fils conducteurs 11. Chaque capteur est constitué par une lame flexible 12 qui est encastrée, à l'une de ses extrémités, entre deux mors 13Cet 13b fixés par des vis 14a et 14b sur le corps de la sonde. A titre d'exemple, on choisit une lame en acier ayant une largeur de 12 mm, une épaisseur de 0,7 mm et une longueur totale de 40 mm qui nécessite une force exercée en bout de 3,9 newton par millimètre de flèche. A l'extrémité libre de la lame est monté un patin 15 qui frotte sur la paroi interne du tube 1. Un deuxième patin 16 est vissé sur le corps de la sonde en position diamétralement opposée au patin 15. En variante, le patin 16 peut évidemment être remplacé par deux patins montés à 1200 l'un de l'autre et du patin mobile 15. Ces patins en forme de barillets sont profilés longitudinalement et transversalement afin d'obtenir un contact avec les paroi-s sensiblement ponctuel et accroltre de ce fait la précision et la sensibilité des mesures. L'écartement entre les deux points de contact des patins est donc égal au diamètre intérieur du tube et toute variation de ce diamètre se traduit par une variation de la fleche de la lame flexible 12 qui pivote par flexion autour de son point d'encastrement. Afin d'améliorer le contact entre le patin mobile 15 et la paroi, la lame flexible porte, à son extrémité libre, une chape en forme de fourche 17 portant un axe transversal 18 autour duquel le patin 15 est articulé. La figure 5 représente une coupe transversale passant par l'extrémité libre d'une lame flexible sur laquelle on voit la lame 4b, les deux branches 17a et 17b de la chape, l'axe 18 et la section transversale arrondie des patins -15 et 16. On voit également sur cette figure le patin 19 et le point d'appui fixe 20 opposé au patin 19 lesquels sont situés dans un plan perpendiculaire au plan passant par les patins 15 et 16. En variante, non représentée, les patins peuvent également entre constitués par des pastilles en forme de calottes sphériques, dont l'une est collée à l'extrémité libre d'une lame. La figure 3 représente une section transversale sur laquelle on voit l'extrémité du câble de traction 10, huit conducteurs 11 et une section de la piece 8a qui est vissée sur ie corps de sonde et qui comporte des alésages pour le passage du câble 10 et des conducteurs 11. La figure 4 est une section transversale sur laquelle on voit les bornes 7 de raccordement des conductéurs -électriques venant des capteurs aux conducteurs 11. Pour mesurer la flèche prise par les lames flexibles 4a et 4b celles-cí portent des jauges d'extensométrie 21. / Les jauges 21 sont collées sur une seule ou sur les deux faces de la lame à une distance bien déterminée du point d'encastrement. Les flèches de la lame se traduisent par une élongation relative - des jauges qui est transformée en une tension proportionnelle. De préférence, comme on le voit sur la figure 1, chaque lame porte, sur chacune de ses deux faces, deux jauges d'extensométrie 21a et 21b, situées à la meme distance moyenne e de l'encastrement. Lorsque la lame flexible fléchit les deux jauges situées sur la face en extension augment tent de longueur tandis que la longueur des deux autres, situées sur la face comprimée, se réduit. Les résistances. des jauges varient donc en sens contraire. La figure 6- represente schématiquement les moyens pour mesurer en continu la résistance des jauges. Les quatre jauges sont montées dans un pont de résistances. Les deux jauges 21a et 21b situées sur une même face de la lame 4a sont placées dans deux branches opposées du pont. De même les deux jauges 21c et 21d situées sur l'autre face de la lame 4a sont disposées dans les deux autres branches. Le repère 22 représente un appareil d'extensométrie qu'il est inutile de décrire en détail car il est bien connu de l'homme de l'art. Celui-ci alimente le pont de résistances en tension continua constante par exemple 2 Volts par. l'intermédiaire des conducteurs 23a et 23b. Il reçoit par les conducteurs 24a et 24b la tension de déséquilibre du pont, proportionnelle à la variation de diamètre intérieur mesurée à partir d'un diamètre de référence correspondant celui pour lequel l'appareil d'eiten- sometrie est mis au zéro. Les effets des variations de résistance des quatre jauges s ' additionnent. L'appareil d'extensométrie 22 comporte des moyens pour amplifier la tension de déséquilibre. L'appareil d'extensométrie alimente un enregistreur 25 et éventuellement un circuit 26 détecteur de seuil supérieur et inférieur qui alimente une alarme lumineuse 27 ou sonore. L'appareil d'extensométrie est situé à l'extérieur du corps creux, à une distance qui peut être relativement grande et un des problèmes à résoudre est celui d'éviter une trop grande perte de sensibilité dûe à la résistance des conducteurs de liaisons. Si X est la sensibilité p-ropre -du pont de résistances, c'est-àdire le rapport entre la variation de la tension de déséquilibre et la variation de la résistance R d'une jauge, et si ' est la sensitilité du pont de résistances lorsqu'il est relié à l'appareil d'extensométrie par deux conducteurs de résistance r, on démontre que - X' = Afin de réduire la perte de sensibilité, on choisit donc des jauges d'extensométrie ayant une résistance élevée, supérieure à 200 Q alors que les jauges habituelles ont une résistance de l'ordre de 120 Q. A titre d'exemple avec quatre jauges ayant une résistance de 350 fi et un câble de liaison ayant une résistance de 0,055 Rlmètre et une longueur de 350 m Lorsqu'on enregistre graphiquement en continu le diamètre du câble, le papier enregistreur porte une échelle graduée qui permet de localiser les défauts,dans la mesure où la vitesse de déplacement de la sonde est constante. La vitesse d'entraînement de la sonde est de l'ordre de 2 à 3 cm par seconde. Si on augmente la vitesse de balayage, on constate un affaiblissement des pics correspondant aux défauts. Le montage différentiel des jauges dans un pont de résistances présente l'avantage d'éliminer l'influence des variations de résistance dûes aux changements de température. Les essais réalisés ont montré qu'auprès un étalonnage initial de appareil au moyen de tubes étalon de diamètre connu, on obtenait avec ltap pareil selon l'invention des mesures très- précises du diamètre intérieur et que des défauts de l'ordre de 0,1 mm étaient décelés facilement. -On a pu vérifier la reproductibilité des mesures. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif décrit uniquement à titre d'exemple. Notamment, plusieurs capteurs peuvent être disposés dans un même plan transversal. Une même sonde selon l'invention peut être adaptée pour mesurer le diamètre intérieur de tubes dont les diamètres varient entre certaines limites en ajoutant des cales d'épaisseur variable 28 - sous les patins fixes 16. Afin de centrer la sonde, on peut également ajouter des cales de même épaisseur sous les mors 13 de fixation des lames flexibles sur le corps de sonde. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour contrôler et/ou mesurer de façon continue les dimensions internes d'un corps creux cylindrique, caractérisé en ce qutil est compo sé, d'une part, d'une sonde qui parcourt la cavité interne dudit corps creux et comporte au moins deux points d'appui sur les parois dont l'un au moins est fixé sur une lame flexible, encastrée dans le corps de ladite sonde, sur laquelle est collée au moins une jauge d'extensométrie dont la résistance varie en fonction de l'élongation et, d'autre part, de moyens pour mesurer en continu la résistance de ladite jauge. 2 - Dispositif selon la revendication 1 pour mesurer deux diamètres ortho gonaux d'un corps creux de section circulaire, caractérisé en ce que ladite sonde comporte deux paires de points d'appui disposés en croix, un des points d'appui de chacune des paires étant fixé sur une lame flexible équipée d'au moins une jauge d'extensomêrrie. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque lame flexible comporte sur chacune de ses faces deux jauges d'extensométrie identiques situées àla même distance des extrémités, lesquelles jauges sont placées dans un pont de résistances, les deux jauges d'une même face constituant deux branches opposées dudit pont 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les points d'appui de la sonde et des lames flexibles sur les parois sont constitués par des patins en forme de calottes sphériques. 5 - Dispositif selon l'ùne quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les points d' appui des lames flexibles sur les parois sont constitués par des patins arrondis dans le sens longitudinal et transver sal et articulés autour d'un axe transversal porté par une chape en forme de fourche disposée à l'extrémité de chaque lame flexible. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que des cales d'épaisseur variable sont disposées sous les points d'appui et/ou sous les dispositifs d'encastrement des lames flexibles.