Brevet FR2517055A1 — publié le 19830527

L'invention concerne un dispositif de pesage destiné en particulier à la mesure avec une grande pré- cision d'un poids important Il comporte un récepteur de charge, un transducteur de mesure de forces et un capteur de mesure. Dans le cadre de l'invention, on désigne par transducteur de mesure de forces un système à l'aide du- quel une force est décomposée, transmise mécaniquement-ou hy- drauliquement, convertie en unités de tension électrique ana- logiques ou en impulsions numériques et ainsi transformée, con- ditionnée et rendue exploitable pour une mesure. On connaît par exemple comme transduc- teur de mesure de forces un système à coin mobile de décompo- sition de forces Par l'intermédiaire d'un fluide de travail amené sous pression, ce système coopère avec des organes d'ap- pui appariés présentant des portées de glissement Raccordé en série à un actionneur, il constitue une chaîne de charge,' laquelle est équipée d'un système,de mesure de forces (demande de brevet allemand DE-OS 27 58 340. Les avantages d'un tel dispositif équipé d'un système à coin mobile de décomposition de force, d'un ac- tionneur et d'un système de mesure de force sont les suivants construction et fonctionnement simples possibilité d'utilisation s'étendant aux charges lés plus élevées fonctionnement pratiquement sans frottement possibilité d'exécuter en charge une course de réglage effet amortisseur optimal. Si, malgré ces avantages, les systèmes à coins mobiles n'ont pas jusqu'à présent trouvé un large emploi dans la pratique, par exemple en technique de pesage, cela tient aux difficultés relatives à la réalisation d'un guidage du coin qui soit effectif sur toutes les faces de celui-ci, à la nécessité d'un blindage étanche aux poussières pour toutes les pièces du circuit d'huile, à celle également de disposer pour les différents domaines de charge d un jeu complet de coins de décomposition de force, avec pas et encom- brement variés, à la difficulté enfin de réaliser un système hydrostatique à coin mobile sous la forme d'un organe de ma- chine compact et fermé. L'objet de l'invention est d'améliorer un dispositif de pesage comportant un transducteur de forces et un capteur de mesure tout en conservant les avantages d'un systèmeo à coin mobile de décomposition de forces et de donner à ce dispositif la conformation d'une cellule de pesage compac- te, pouvant être construite avec des moyens économiques et per- mettant par quelques types seulement d'une série comportant des sousensembles ou des composants individuels normalisables de couvrir une large plage de charges Par ailleurs, le nouveau dispositif ne doit pas engendrer d'efforts extérieurs à com- penser par des organes d'appui Il doit aussi pouvoir rece Voir un blindage étanche à la poussière qui soit simple à réaliser. Il doit enfin être utilisable dans de nombreuses branches in- dustrielles, en particulier pour la mesure de forces importan- tes avec une précision élevée, voire très élevée. Sur un dispositif de pesage du type préci- té, ltinvention résoud ce problème en prévoyant que le trans- ducteur de forces soit réalisé sous la forme d'un système vis- écrou hydrostatique dont les portées hélicoïdales transforment le poids en un couple agissant perpendiculairement à la direc- tion de la pesanteur et que le transducteur de forces soit raccordé par l'intermédiaire d'un bras transmetteur de couple à un capteur de mesure. L'invention conserve ainsi, dans leur totalité, les avantages d'un système à coin mobile de décompo- sition de forces D'autre part, les difficultés occasionnées sur un tel système par la nécessité de surmonter et en parti- culier de compenser par un organe d'appui les efforts extérieurs sont évitées, car ces-efforts sont compensés dans un système vis-écrou hydrostatique, à l'exception duccuple utilisé pour la mesure De plus, il devient possible de couvrir sans problè- me un domaine de charg Bs extrêmement large avec quelques types seulement d'une série de sous-ensembles et de composants in- dividuels normalisés, en particulier grace au fait qu'avec le bras de transmission de couple à longueur réglable à volonté que prévoit l'invention, la plage de charge recouverte se trou- ve au moins multipliée par dix. Enfin, le système vis-écrou, exécuté à partir de moyens simples, convient bien à la réalisation d'un blindage étanche à la poussière On obtient de plus un compo- sant compact et fermé pouvant, en tant que composant de la technique de pesage, être utilisé dans de nombreuses branches industrielles et servir avantageusement à la mesure de forces importantes avec une précision élevée, voire très élevée. L'invention prévoit que le système vis écrou hydrostatique soit raccordé à un système d'alimentation en fluide de blocage hydrostatique amené sous pression. Il est prévu également que les portées présentent un pas compris entre 1:10 000 et 1:10, de préfé- rence entre 1:1000 et 1:100. Du fait du pas extrêmement réduit des portées qui coopèrent pratiquement sans frottement, le dispo- sitif de pesage assure la décomposition de la force avec une précision mécanique élevée, d'o la possibilité de l'utiliser pour les charges les plus lourdes. Des portées de travail présentant des pas aussi réduits nécessitent des précisions d'usinage et dés états de surface de l'ordre du micron; le problème se pose donc de leur coat de fabrication, qui doit être économique A cet effet, l'invention prévoit que ces portées soient fabriquées en appliquant par injection sous pression une couche de matière plastique sur des surfaces métalliques appropriées du système vis- écrou. Lorsque l'on utilise ce procédé, on fa- brique pour une portée et pour sa contre-portée, qui est iden- tique, une pièce moulée permettant la mise en forme économique et avec une haute précision des portées par injection sous pres- sion de matière plastique. Un dispositif de pesage conforme à l'in- vention comporte les parties suivantes un corps de base prévu comme vis fixe, avec une partie supé- rieure cylindrique, dont la face supérieure disposée perpen- diculairement à la direction d'application de la charge pré sente au moins une portéehélicoldale, ce corps de base pré- sentant de plus un alésage concentrique pour le logement d'un axe de centrage, un écrou reposant librement sur le corps de base, et dont la face inférieure présente au moins une portée hélico 5 dale lo coopérant avec la portée du corps de base, et dont la par- tie supérieure est conformée en surface de séparation hydros- tatique plane, cet écrou présentant également un alésage concentrique pour le logement de l'axe de centrage, un axe de centrage guidé sans contact mécanique dans les alésages du corps de base et de l'écrou par l'intermédiaire de surfaces de séparation hydrostatiques, un corps de fermeture disposé en récepteur de charge, for- mant sur sa face inférieure avec l'écrou, la surface de sépa- ration hydrostatique et reposant sur cette surface de sépa- ration avec possibilité de déplacement horizontal, un bras transmetteur de couple disposé radia lement sur l'écrou, et se raccordant à un capteur de mesure fixé à de- meure ou étant lui-même conformé en capteur de mesure et maintenu comme tel, un système de conduits pour l'arrivée et l'évacuation du fluide de blocage hydrostatique, qui sont raccordés d'une part au système d'alimentation et d'autre part aux surfaces dé séparation hydrostatique et/ou aux portées. L'avantage présenté par cette configura- tion de l'objet de l'invention réside d'une part dans l'iden- tité de forme des portées du corps de base et de l'écrou, iden- tité de forme qui se répercute de façon avantageuse sur la technique et les coûts de fabrication, d'autre part dans le fait que l'axe dé centrage, lui aussi doté de surfaces de sé- paration hydrostatiques, permet un guidage précis, sûr, sans contact mécanique et sans frottement, de la vis et de l'écrou. A cet avantage, s'ajoute enfin le fait que le corps de ferme- ture, qui peut se déplacer horizontalement sans frottement au moyen des surfaces de séparation hydrostatiques, permet une réception précise de la charge, même lorsque celle-ci se pré- sente avec un léger décalage. Du fait de la construction compacte du système vis-écrou qui, extérieurement, présente la forme d'un plot cylindrique, il est possible de réaliser l'étanchéité du système par un manchon élastique. Pour assurer une décomposition sans er- reur de la force appliquée même si celle-ci ne s'exerce pas avec un centrage rigoureux, l'invention prévoit que les portées du corps de base et de l'écrou soient réparties au moins en deux et de préférence en trois portées hélicoïdales partielles groupées à la manière des feuilles d'un trèfle autour d'un point central commun. L'invention prévoit enfin que le dispo- sitif de pesage présente au moins deux systèmes vis-écrou dont les bras transmetteurs de couple soient réunis en une chaîne de mesure de charge par des éléments de liaison, cette chaîne étant raccordée à un capteur de mesure. Dans ce qui suit, l'invention est expli- quée plus en détail à l'aide d'exemples d'exécution illustrés par des figures Celles-ci représentent la figure 1, en coupe, un transducteur de mesure de forces réalisé selon l'invention en système vis-écrou hydrostatique, la figure 2, le transducteur de mesure de forces de la figure 1, à l'échelle plus grande, et suivant une coupe faite selon II-II sur la figure 4, la figure 3, une coupe du transducteur de la figure 1, faite selon III-III 1 sur la figure 4, la figure 4, en vue de dessus, les portées hélicoïdales d'un corps de base prévu comme vis fixe, la figure 5, en vue de dessus, un montage de quatre systèmes vis-écrous hydrostatiques dont les bras transmetteurs de couple sont réunis par des éléments de liaison en une chaîne de mesure de charge raccordée à un capteur de mesure, la figure 6, en projection partielle et en coupe partielle, un montage du dispositif de pesage conforme à l'invention en capteur de mesure et en système de réglage, montage utilisé sur une machine à contrôler -le comportement en charge des matériaux, la figure 7, en projection, un montage de plusieurs dispo- sitifs de pesage conformes à l'invention sur une trémie de grande capacité, et la figure 8, un montage du dispositif de pesage conforme à l'invention utilisé ici à la mesure de l'effort de compres- sion et au réglage fin sur une cage de laminoir pour tôles fines. La figure 1 montre le transducteur de mesure de forces du dispositif de pesée conforme à l'inven- tion, transducteur réalisé sous la forme d'un système vis- écrou hydrostatique 1 raccordé à un système d'alimentation 2 en fluide hydrostatique de blocage amené sous pression. Le système vis-écrou 1 comporte un corps de base 3 servant de vis fixe, un écrou 4 reposant librement sur le corps de base 3, un corps de fermeture supérieur 5 recevant la charge représentée ici par la flèche 6 Le corps de base 3 et l'é- crou 4 ont des surfaces 7 et-8 tournées l'une vers l'autre et constituant des portées hélicoïdales entre lesquelles, pour permettre la formation d'un film hydrostatique de lubrifiant, ont été réservées des poches 9 en communication par des con- duits Il et 111 avec les canalisations d'alimentation 12 du système d'alimentation 2 Les portées 10, 10 ', 10 ", repré- sentées vues de dessus sur la figure 4, constituent des rampes hélicoïdales d'un pas relativement réduit et peuvent être comparées pour prendre un exemple, à une hélice de ba- teau à trois pales On voit également sur-la figure 4 la configuration des poches 9,9 ',9 ". Comme le montre également la figure 1, le corps de base 3 et l'écrou 4sont pourvus d'un alésage concentrique 13 servant de logement à un axe de centrage 15 guidé sans contact mécanique par l'intermédiaire des surfaces de séparation hydrostatiques 14 Par ailleurs, entre la partie supérieure 16 de l'écrou 4 et la partie inférieure 17 du corps de fermeture 5, est constituée une surface sé- paratrice 18 pourvue de poches 9,9 ',9 " alimentées par le conduit il' en fluide hydrostatique sous pression On obtient ainsi que le corps de fermeture 5 "flotte", à la partie supérieure de l'écrou 4, sur une couche liquide constituée par le fluide hydrostatique et soit de ce fait en mesure de compenser pratiquement sans frottement les écarts en direction horizontale de la charge 6 ou les dé- placements angulaires de l'écrou. Sur l'écrou 4, est disposé-le bras de liaison 19 transmettant le couple à un capteur de mesure ( 4) non représenté sur la figure 1 On peut aussi concevoir que le bras de transmission 19 sollicité à la torsion serve lui-même de capteur de mesure. Comme le montre également la figure 1, un joint cylindrique 21, de préférence en matériau élasti- que, logé dans une rainure annulaire 20 prévue dans le corps de base 3 protège les pièces du système vis-écrou hydrosta- tique 1 en contact avec l'huile contre l'introduction des poussières Le joint 21 fait également office de barrage pour le liquide de blocage hydrostatique qui s'écoule, lequel est collecté-dans la chambre annulaire 22 et gagne par les conduits 23 un récipient collecteur 25 De là, le fluide de blocage hydrostatique est transféré sous une pression pou- vant être par exemple de 3,5 à 5 M Pa dans les canalisations 12 par l'intermédiaire de la canalisation 25 ', de la pompe 26, du filtre 27 et de l'organe d'étranglement réglable 28. Ce liquide gagne ensuite par les conduits 11, ll' les poches 9,9 ',9 ", et s'écoule entre les portes 10, 10 ',-10 ", formant alors des couches de liquide séparatrices Les surfaces sé- paratrices 14 de l'axe de centrage 15 sont également ali- mentées en fluide de blocage hydrostatique par les conduits 1 l. Les figures 2 et 3 représentent à plus grande échelle des coupes du système vis-écrou hydrostatique 1 pour montrer le fonctionnement d'ensemble des différentes pièces Celles-ci portent les mêmes repères que sur la fi- gure 1. Comme il a déjà été dit, la figure 4 montre en vue de dessus et de l'extérieur vers l'intérieur le corps de base 3 de forme extérieure 41, la rainure annu- laire 20, les portées 10, 101, 10 ", les conduits 11, 11 ', l", pour l'arrivée du fluide de blocage sous pression, les conduits 23, 23 ', 23 " prévus pour le retour du fluide, l'alésage concentrique 13 et l'axe de centrage 15 avec les surfaces de séparation hydrostatiques 14, 14 ', 14 " La figu- re montre distinctement la subdivision de l'ensemble des portées en trois portées partielles 10, 10 ', 10 " présentant approximativement la forme d'un trèfle à trois feuilles, chacune des feuilles ayant une conformation hélicoïdale à la manière de celle d'un filet de vis (non visible sur la vue de dessus). La figure 5 montre un dispositif de pe- sage comportant quatre systèmes vis-écrou hydrostatiques la, lb, lc, ld, dont les bras transmetteurs de couple 19 a, 19 b, 19 c, 19 d, sont raccordés au capteur de mesure 24 et aussi raccordés entre eux. Le système représenté sur la figure 5 montre la réunion avantageuse et simple de plusieurs sys-, tèmes vis-écrou (de la à ld) en une chaîne de mesure de charge par raccordement des bras transmetteurs de couple ( 19 a à 19 d) avec des éléments de liaison 42 Ces éléments de liaison 42 peuvent être, par exemple, des fils d'acier ou des câbles. La figure 6 montre une utilisation avan- tageuse du dispositif de pesée conforme à l'invention Il s'agit d'une machine 43 permettant de contrôler la charge pouvant être supportée par un matériau Une éprouvette 44 est serrée entre le système vis-écrou hydrostatique 1 et un ch Issis 45 Un actionneur angulaire 29 en prise avec le bras transmetteur de couple 19 fait tourner l'écrou 4 par rapport au corps de base 3, engendrant ainsi une course de travail dirigée dans le sens de la flèche 30 L'éprou- vette 44 est ainsi soumise à un effort de compression en- tre le chassis 45 et la partie supérieure de l'écrou 4 et le capteur 24 mesure le niveau absolu de la charge appliquée. Sur les figures 7 et 8, sont présentés à titre d'exemples d'autres domaines d'utilisation du disposi- tif conforme à l'invention La figure 7 montre une trémie 31 d'une capacité comprise entre 1000 et 2000 tonnes, par exem- ple pour les matières premières dans les industries extrac- tives La trémie 31 est suspendue sur nez 32 en même temps que sur des dispositifs de pesage 33 conformes à l'invention. A la partie inférieure 34 de sa pointe conique 35, est prévu, pour permettre le dosage en volume des prélèvements, un sys- tème à plateau tournant 36 qui extrait le matériau et le déverse sur un transporteur à bande 37 Les dispositifs de pesage 33 sont interconnectés par leurs bras transmetteurs de couple 19 en une chaîne de mesure de charge selon le sys- tème de la figure 5 et raccordés au capteur 24 Grace à cette dispositin, une différence de poids lors du remplissa- ge ou de la vidange de la trémie 31 est contrôlée en perma- nence, de sorte que les opérations appropriées peuvent se dérouler automatiquement sous commande à distance. Enfin, la figure 8 montre l'utilisation d'un dispositif de pesage 33 conforme à l'invention qui, du fait de sa configuration en système visécrou, exécute aussi une course de réglage par manoeuvre de l'écrou dans un sens et dans l'autre Le dispositif de pesage représenté sur la figure 8 assure, à côté de la fonction de pesage proprement dite, celle d'un système de réglage dont la course est certes réduite, mais qui peut être utilisé à pleine charge, comme le système équipant la machine de contrôle de charge des matériaux 43 représentée sur la figure 6 Dans l'exemple de la figure 8, il s'agit d'une cage de laminoir 38 pour la production de tôles fines D'une part la pression de lamina- ge est contrôlée, et d'autre part un réglage fin et très fin de la fente de laminage 39 devient possible avec le dispositif 33 conforme à l'invention s'il s'agit, par exemple, d'un réglage portant sur quelques fractions de millimètres Un système de réglage grossier 40 monté sur la tête de la cage permet des réglages sur de plus grandes courses, même en charge. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pesage destiné en par- ticulier à la mesure avec une grande précision d'un poids important, comportant un récepteur de charge, un transduc- teur de mesure de forces et un capteur de mesure, carac- térisé par le fait que le tranducteur de mesure de forces est réalisé sous la forme d'un système vis-écrou hydrosta- tique ( 1) dont les portées hélicoïdales ( 10, 10 ', 10 ") transforment l'action de la pesanteur ( 6) en un couple agis- sant perpendiculairement à celle-ci, et par le fait que le transducteur de mesure de forces est raccordé par l'inter- médiaire d'un bras transmetteur de couple ( 19) au capteur de mesure ( 24). 2. Dispositif de pesage selon la reven- dication 1, caractérisé par le fait que le système vis-écrou hydrostatique ( 1) est raccordé à un système d'alimentation ( 2) en fluide de blocage hydrostatique amené sous pression. 3. Dispositif de pesage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les portées ( 10, 10 ', 10 ") présentent un pas se situant entre 1:10 000 et 1:10, de préférence entre 1:1000 et 1:100. 4. Dispositif de pesage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les portées ( 10,10 ',10 ") sont réalisées par application sous pression de matière plastique sur des surfaces métalli- quesdu système vis-écrou ( 1). 5. Dispositif de pesage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le-fait que le système vis-écrou ( 1) comporte les parties suivantes: un corps de base ( 3) prévu comme vis fixe, avec une partie supérieure cylindrique, dont la face supérieure ( 7) disposée perpendiculairement à la direction d'application de la charge présente au moins une portée - hélicoidale ( 10, 10 ', 10 "), ce corps de base présentant de plus U. alésage concentrique ( 13) pour le logement d'un axe de centrage ( 15). 17055 un écrou ( 4) reposant librement sur le corps de base ( 3) et dont la face inférieure présente au moins une portée hélicoïdale ( 8) coopérant avec la por- tée ( 10,10 ',10 ") du corps de base ( 3), et dont la partie supérieure ( 16) est conformée en surface de séparation hydrostatique plane ( 18), cet écrou présentant également un alésage concentrique ( 13) pour le logement de l'axe de centrage ( 15), un axe de centrage ( 15) guidé sans con- o 10 tact mécanique dans les alésages ( 13) du corps de base ( 3) et de l'écrou ( 4) par l'intermédiaire de surfaces de séparation hydrostatiques ( 14), un corps de fermeture ( 5) disposé en récepteur de charge, formant sur sa face inférieure ( 17) avec l'écrou ( 4) la surface de séparation hydrostatique ( 18) et reposant sur cette surface de séparation avec possibilité de déplacement horizontal, un bras transmetteur de couple ( 19) disposé radialement sur l'écrou ( 4), et se raccordant à un capteur de mesure ( 24) fixé à demeure ou étant lui-même conformé en capteur de mesure et maintenu comme tel, un système de conduits ( 11, 11 ', 23) pour l'arrivée et l'évacuation du fluide de blocage hydros- tatique, qui sont raccordés d'une part au système d'alimenta- tion ( 2) et d'autre part aux surfaces de séparation hydros- tatique ( 7, 8, 18) et/ou aux portées ( 10, 10 ', 10 "). 6. Dispositif de pesage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'étanchéité du système vis-écrou ( 1) est assurée par un manchon élastique ( 21). 7. Dispositif de pesage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la portée ( 8, 10) entre le corps de base ( 3) et l'écrou ( 4) est divisée au moins en deux et de préférence en trois portées partielles hélicoïdales ( 8, 10, 10 ', 10 "). 8. Dispositif de pesage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que ce dispositif présente au moins deux systèmes vis-écrou hydrostatiques (de la à ld) dont les bras transmetteurs de couple (de 19 a à 19 d) sont réunis par des éléments de liai- son ( 42) en une chaîne de mesure de charge raccordée à un capteur de mesure.