Brevet FR2292952A1 — publié le 19760625

la présente invention concerne une tête de mesure pour rugosimètre oneumaticue. te principe de la mesure de la rugosité d'une pièce par un procédé pneumatique est bien connu et il consiste essentiel liment S mesurer le débit de fuite entre la pièce à étudier et une tête de mesure, ou palpeur, comportant un embout en forme de cloche dont le bord ouvert est ap-r.iqué sur la pièce. Par comparaison avec la fuite obtenue sur une pièce étalon de rugosité connue, on peut déduire la rugosité de a pièce étudiée. Un dispositif de mesure appliquant ce procécé, ainsi qu'une tête de mesure pour un tel dispositif ont été décrits par exemple dans la publication "Eritish Corrosion Journal Vol.2- Juillet 1967". Dans les têtes de mesure connues jusqu'à présent, par exemple dans celle décrite dans la publication ci-dessus, on prend des précautions pour que la face active de la tête de mesure, ou embout, s'appliaue sur la pièce à mesurer toujours avec une force étale, de façon à éliminer le facteur personnel de l'opérateur qui tient la tête de mesure, et on prend également des précautions pour çue cette face active s' oriente librement afin de répartir également les efforts d'appui exercés sur la surface de la pièce à étudier. C'est ainsi qu'on a proposé de monter l'embout, au moyen d'un système élastique à rotule, à l'intérieur d'un corps de palpeur que tient ltopéra- teur et qui vient prendre appui en trois points sur la pièce à étudier. Cependant, on est en général obligé de prévoir des embouts interchangeables, de formes et de dimensions différentes suivant la macro et la microgéométrie de la pièce étudiée, ces embouts ne s'appliquant qu'aux formes géométriques simples (plan, cylindre, sphère) et nécessitant bien entendu chacun un talonnage particulier. En présence de certaines macrogéométries, par exemple des ondulatiors sur la surface de la nièce, les têtes de mesure connues ont incapables de fournir une indication utilisable de la rugosité. Par ailleurs, malgré les précautions prises dans les appareils connus pour assurer la répartition des efforts d'ap- oui de la face active de l'embout sur la pièce à étudier, le débit de fuite peut être influencé par la façon dont l'opérateur pose la tête de mesure sur la surface de la pièce, si bien que la fidélité du rugosimètre peut être insuffisante pour des mesures précises. La présente invention permet de réaliser une tête de mesure pour rugosimètre pneumatique qui est capable d'effectuer avec une grande fidélité des mesures sur des pièces de forme complexe et d'en absorber la macrogéométrie, et ceci sans avoir à prévoir l'interchangeabilité de l'embout, même pour une gamme étendue de mesures. L'invention vise également un rugosimétre pneumatique équipé d'une telle tête de mesure. L'invention a pour objet une tête de mesure pour rugosimètre pneumatique qui comprend un embout en forme de cloche étanche, alimenté en gaz sous pression et destiné à s'appliquer par le bord de son extrémité ouverte sur la surface rugueuse à étudier, et qui comprend un corps de tête de mesure à l'intérieur duquel ledit embout est monté de façon élastique et articulé, ledit corps comportant un système de venue en appui avec la surface à étudier.Dans la tête de mesure suivantltin- vention, l'extrémité ouverte de l'embout comporte une garniture composite déformable comprenant au moins une face d'appui plane mince et flexible en matériau dur dont la face supérieure est fixée de façon étanche à un joint annulaire en matière élastique plus souple que ladite face d'appui. ledit joint/est monté de façon tanche à sa partie supérieure contre le fond rigide de l'embout, pour former la cloche étanche précitée, et la face d'appui précitée constitue la surface de contact db l'embout avec la pièce a étudier. Grâce à cette disposition composite de la garniture del'embout, la surface active de l'embout est suffisamment dure pour ne pas s'enfoncer dans les rugosités de la pièce à étudier mais elle est suffisamment flexible pour épouser la macrogéomêtrie de la pièce, les déformations de la face d'appui turne étant ab0,ob'.. ;lr l'élasticité du joint annulaire, plus souple, qui réunit la face d'appui à la partie rigide de l'em- out. La rugosité de cette face dot être inférieure à la plus zoetite des rugosités de la gamme des pièces à étudier. Suivant une forme préférée de réalisation de l'invention, considérée comme un exemple particulier non limitatif, laface est d'appui mince et dure/constituée par une rondelle en clinquant dtacier, tandis que le joint annulaire plus souple est constitué par une pluralité, par exemple 3, de joints toriques en élastomère empilés et collés les uns sur les autres pour former un manchon étanche surmontant la rondelle dure.En choisissant convenablement le diamètre moyen de la rondelle dure, par exemple environ 9 mm, ainsi que son épaisseur, par exemple environ 5/100 de mm, et en choisissant convenablement la dureté des joints élastiques faisant partie de la garniture, ap- pareil peut être utilisé, sans avoir à changer l'embout, aussi bien pour des surfaces planes que pour des surfaces cylindriques, sphériques, ou complexes, convexes ou concaves ayant un rayon de courbure supérieure ou égal à environ 10 fois le diamètre moyen de la rondelle dure Suivant une forme de réalisation avantageuse, le montage élastique de l'embout dans le corps de la tête de mesure est réalisé au moyen drun soufflet élastique, par exemple un soufflet métallique analogue à un soufflet de manomètre assurant une répartition symétrique des efforts de pression en tous les points de la surface de contact de la rondelle dure avec la pièce à étudier. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détillée qui suit t à l'aide des dessins qui montrent, à titre dlexemples non limitatifs, plusieurs modes de réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe d'une tête de mesure suivant l'invention, qui a été représentée schématiquement raccordée à un rugosimètre pneumatique, La figure 2 est une vue-agrandie d'un embout pour une tete de mesure suivent l'invention, La figure 3 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation d'une-tête de mesure. La tête de mesure représentée sur la figure 1 comprend essentiellement un embout 1 dont la partie inférieure 3 forme une cloche étanche alimentée en gaz sous pression par un orifice 5 a W essus duquel'est vissé un raccord 7 sur~lequel est branché un tuyau souple 9 d'arrive de gaz sous pression. L'extrémité inférieure ouverte de la cloche 3 est destinée à s'appliquer sur la surface rugeuse 11 d'une pièce 13 à étudier et c'est par la mesure du débit de fuite entre le fond de l'em- bout et la surface de la pièce qu'on peut déduire la rugosité de la pièce. On a représenté schématiquement à titre illustratif sur la figurez1 un rugosimètre 15 de type connu qui comprend une source de gaz sous pression S, un étranglement E et deux capteurs de pression P1-P2 disposés en série de part et d'autre de l'étranglement. Il suffit de rappeler que la lecture de la différence de pression P1-P2 est représentative du débit de fuite précité, c'est-à-dire de la rugosité de la pièce. L'embout 1 est monté à l'intérieur d'un corps de tête de mesure 17 constitué, dans le mode de réalisation représenté, de deux pièces 19 et 21 assemblées par vissage, la partie inférieure 21 du corps étant pourvue de trois pieds 23 disposés suivant un triangle équilatéral. Le montage de l'embout 1 à l'intérieur du corps 17 est réalisé de façon élastique et articulée pour permettre une libre orientation de l'embout lorsqu'il vient en appui sur la surface rugueuse 11 et pour que la pression d'appui de l'em- bout sur la surface 11 soit toujours égale à elle même et symétriquement répartie sur toute la périphérie de la zone de contact.Ce montage de l'embout sera examiné plus en détail dans ce qui suit et il suffit d'indiquer ici que l'embout 1 est pourvu d'un rebord ou bourrelet 25 dont la surface périphérique est sensiblement en forme deAortion de tore. le rebord 25 vient en butée contre un épaulement interne 27 de la partie 21 du corps 17 lorsque la tête de mesure n'est pas en service et constitue en même temps un joint rotulaire permettant une inclinaison de l'embout par rapport à l'axe du coprs 19. Bien entendu, le diamètre externe de la partie inférieure de l'embout est choisi sensiblement plus petit que le diamètre interne de l'alésage inférieur de la partie 21 du corps 17 pour autoriser les déplacements augulaires relatifs de l'embout ulcorps. Des moyens élastiques agissant en compression, qui1 dans le mode préféré de réalisation sont constitués par un soufflet élastique prennent appui d'une part contre le fond 33 de la tartie supérieure 19 du corps 17 et , a'autre part contre l'embout f, par exemple contre la face supérieure du rebord 25. On reviendra plus loin sur les avantages procurés par un tel montage élastique. On a représenté dnns une tête de mesure suivant l'invention. L'extrerité ouverte de l'embout, c'est-à-aire l'extrémité inférieure de la chambre étanche 3 est pourvue d'une garniture composite déformable constituée d'éléments de duretés différentes. Cette garniture composite comprend une rondelle plane mince 35 en nzateriau dur, mais acceptant une certaine flexion. Cette rondelle constitue la surface de contact de l'embout sur la pièce 115 à étudier, et elle doit être, d'une part, suffisamment dure pour ne cas pénétrer dans les rugosités (qui constituent la microgéo'trie) de la pièce et d'autre part, suffisamment flexible pour accepter les fories différentes d'un plan que peut présenter la pièce et entr'autres la macrogéométrie de la pièce. Avantageusement, cette rondelle peut être faite en un clinquant d'acier inoxydable d'une épaisseur d'environ 5/100 de mm. l'autre élément de la garniture composite est un joint annulaire en matière élastique plus souple que la rondelle 35, ce joint annulaire état fixé de façon étanche par collage sur la face supérieure de la rondelle 35. Suivant une forme préférée de réalisation, ce joint peut être constitué par empilage d'une pluralité, par exemple 3, de joints toriques37 en élastomère qui sont collés les uns aux autres, le premier de ces joints, en partant du bas étant collé sur la rondelle 35 tandis que e joint supérieur est collé, ou autrement fixé de façon étanche, sur l'embout riZide 1, par exemple sur le fond 39 de la chambre 3, le joint annulaire souple qui vient d'être d-écrit à deux fonctions - permettre a la surface de contact, c'est-à-dire à t rondelle dure 35 de se déformer, alors que l'embout 1 sur lequel est fixé le joint est une pièce rigide, - observer la nécessité de l'étanchéité de la chambre 3 puisque le gaz sous pression arrive par l'intérieur de la garniture. Pour réaliser le joint annulaire on peut utiliser des joints toriques nitrile superposés, collé avec une résine polyuréthane. On pourrait également utiliser, comme il est représenté sur la figure 1, un empilage de bogues élastiques plates 41 éventuellement associées à un joint torique 43, les différentes bagues ou joints pouvant avoir des duretés identiques ou différentes Enfin, le joint annulaire pourrait aussi être constitué par un manchon cylindrique en élastomère, collé sur la rondelle dure 35. Il apparait bien, d'après ce qui gécède, que la garniture composite associant une surface de contact dure à un joint annulaire souple étanche permet d'utiliser un seul tunique embout, même pour des surfaces complexes, convexes ou concaves, et quelle que soit la rugosité de la pièce. On a indiqué dans ce qui précède que, pour une bonne obtenir/prédsion bonne fidélité des mesures, le système de mise en pression de l'embout doit toujours appliquer un effort d'appui identique sur l'embout et doit répartir également cet effort en tous les points de la surface de contact. les systèmes connus jusqu'à présent utilisant un ressort hélicoldal, donnaient parfois un effort d'appui disymétrique du fait de l'influence des derniè res-sires du ressort et, merle avec des systèmes élastiques articulés à rotule, du genre de celui décrit dans le document précité, la résultante de l'effort d'appui sur l'embout n'étant pas exactement confondue avec l'axe de cet embout pour toutes les conditions d'utilisation, produisait un glissement ouune contrainte latérale au niveau du joint de contact, ce qui faussait le débit de fuite. Dans la tête de mesure suivent l'invention, on utilise un système élastique articulé à appui symétrique, par exemple du genre représenté sur la figure 1, dans lequel l'articulation, constituée dans ce cas par la portion extérieure de tore du rebord 25, permet à la surface d'appui de trouver librement une position moyenne d'appui jusqutà ce que les trois pieds 23 de la tête de mesure viennent reposer sur la surface 11 à étudier. Dans ce mode de réalisation, le système élastique de mise en pression de l'embout est constitué par un soufflet élastique 31, notamment un soufflet de manomètre, que prend appui sur le rebord 25 de l'embout 1 Suivant une variante, le système élastique pourrait être constitué par une pluralité, par exemple 6, de ressorts héli cotidaux, ou autres organes élastiques travaillant en compression, disposés régulièrement autour de l'axe de l'embout et prenant appui, par exemple, sur le rebord 25. Suivant encore une autre variante, on pourrait prévoir un système élastique pneumatique de ise en pression de l'embout. le corps 17 de la tête de mesure peut être prévu réglable en hauteur, ce réglage servant à modifier la pression de la surface de contact sur la pièce.Un premier moyen de réglage consiste à rendre réglable la hauteur des pieds 23, ce qui modifie la hauteur de la tête par rapport à la surface 11 de la pièce à étudier. Un autre moyen consiste à faire varier la hauteur totale de la tête 17, Par exemple en vissant ou dévissant la partie 19 par rapport à la partie 21, ce qui modifie la précompression préalable du système élastique. On peut prévoir également un réglage en position radiale des pieds 23, pour les approcher ou les écarter de l'axe de la tête de mesure. Si l'on étudie une pièce ayant une macrogéométrie relativement plane, on peut écnrter les pieds 23 ce qui donne une meilleure stabilité à la tête de mesure et en facilite la tenue par l'opérateur.Au contraire, dans le cas d'une pièce présentant une macrogéométrie plus accusée, il sera plus avantageux de réduire l'écartement des pieds. Le mode de réalisation représenté sur la figure 3 ne diffère de celui de la figure 1 que par le fait que le système élastique, dans ce cas un soufflet élastique, ne prend pas appui directement sur la partie supérieure du manchon 1, mais par l'intermédiaire d'une articulation à rotule constituée par une bille 45. L'extrémité- inférieure du soufflet 31 exerce sa pression-sur un plateau circulaire 47 comportant en son centre une empreinte 49 de réception de la bille. De son c8té. la éaalement face supérieure du manchon 1 résentyune autre empreinte 51 dans laquelle repose la bille 45. La bille étant située bien entendu sur l'axe de l'appareil, l'arrivée de gaz sous pression dans la chambre étanche 3ne peut, dans ce cas, se faire par un canal axial comme dans le cas de la figure 1. On prévoit alors, dans le plateau 47, un large orifice 53, par exemple de forme lenticulaire, que traverse un conduit souple 55 qui vient déboucher dans la chambre 3 après avoir traversé de façon étanche le fond 57 de l'embout 1. Dans ce mode de réalisation, le réglage de la précompression appliquée au soufflet 31 peut se faire au moyen d'une câle d'épaisseur 58 et non pas par vissage ou dévissage d'une partie du corps par rapport à l'autre. Pour cet exemple de réalisation, les performances suivantes ont actuellement été obtenues: les critères classiques de rugosité Ra et Rp mesurables sont respectivement de 1 à 40 microns et 1 à 60 microns, c'està-dire que la tête permet de mesurer des rugosités d'un micron, alors que les appareils connus jusqu'à présent ne permettaient de mesurer que 10 microns environ. Dans la limite des rugosités indiquées ci-dessus, l'appareil donne, à rugosités égales mais pour des formes différentes, les résultats identiques à 5 % près. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sons s'écarter pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS l - Tête de mesure pour rugosimètre pneumatique du type qui comprend un embout en forme de cloche étanche alimenté en gaz sous pression et des tiné à appliquer par le bord de son extrémité ouverte sur la surface ru- gueuse à étudier et qui comprend un corps de tête de mesure à l'intérieur duquel ledit tmbout est monté de façon élastique et articulée, ledit corps comportant un système de venue en appui sur la surface à étudier, ladite tête de mesure étant caractérisée en ce que l'extrémité ouverte de l'embout comporte une garniture composite déformable présentant au moins une face inférieure d'appui, plane, mince et flexible en matériau dur à faible rugosité surmontée par un joint annulaire en matière é-lastique plus souple que ladite face, ledit joint étant monté de façon étanche à sa partie supérieure contre le fond rigide de l'embout, la face inférieure précitée, à faible rugosité, formant la surface de contact de l'embout avec la pièce à étudier. Z - Tête de masure suivant la revendication 1 caractérisée en ce que la face inférieure précitée de la garniture est constituée par une rondelle plane, mince et flexible en matériau dur dont la face inférieure est fixé de façon étanche au joint annulaire précité. 3 - Tête de mesure suivant la revendication 2 caractérisée en ce que la rondelle précitée est faite en clinquant d'acier. 4 - Tête de mesure suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le joint annulaire précité est constitué par un manchon en élastomère. 5 - Tête de mesure suivant la revendication 4 caractériséeen ce que le manchon précité est réalisé par empilage et collage d'une pluralité de joints annulaires. 6 - Tête de mesure suivant la revendication 5 caractérisée en ce que les joints annulaires empilés formant le manchon ont des duretés différentes. 7- Tête de mesure suivant l'une des revendications 5 ou 6 caractérisée en ce que les joints annulaires empilés sont des joints toriques. 8 - Tête de mesure suivant l'une des revendications 3 à 7 caractérisée en ce que la rondelle précitée est en clinquant d'acier d'une épaisseur inférieure à ltl0 de mm. 9 - Tête de mesure suivant l'une des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que le montage élastique articulé de l'embout dans la tête est agencé pour que la résultante de la pression élastique exercée sur l'embout, lorsque la tête de mesure est appuyée sur la surface à étudier passe à tout moment par l'axe de embout. 10 - Tête de mesure suivant la revendication 9 caractérisée en ce que le montage élastique précité comprend un système élastique à appui symé- trique . 11 - Tête de mesure suivant la revendication 10 caractérisée en ce que le système élastique précité comprend un soufflet élastique logé en compression, à l'intérieur du corps précité, ledit soufflet prenant appui par son extrémité supérieure contre le fond dudit corps et transmettant, par son extrémité inférieure une charge répartie symétriquement à l'embout. 12 - Tete de mesure suivant la revendication 11 caractérisée en ce que le soufflet élastique précité est un soufflet de manomètre. 13 - Tête de mesure suivant la revendication I0, caractérisée en ce que le système élastique précité comprend une pluralité d'organes élastiques identiques travaillant en compression et disposes symétriquement autour de l'axe de l'embout. 14 - Tête de mesure suivant ltune quelconque des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que le système élastique précité exerce sa charge élastique sur l'embout par l'intermédiaire d'une liaison à rotule. 15 - Tête de mesure suivant l'une quelconque des revendications 1 à,l4 caractérisée en ce que le système de venue en appui du corps sur la surface à étudier comporte trois pieds d'appui et en ce que lesdits pieds ont une position réglable en hauteur et/ ou en écartement par rapport au centre de la tête de mesure. 16 - Rugosirnetre pneumatique caractérisé en ce qu'il est équipé d'une tête de mesure suivant l'une quelconque des revendications 1 à 15.