Brevet FR2533024A1 — publié le 19840316

La présente invention a essentiellement pour objet un dispositif capteur d'effort formant dynamomètre et qui peut par exemple être utilisé pour contrôler les effortsvanb appliqués à une pièce traitée par une machine automatique. On a déjà proposé diverses réalisations de dynamomètre permettant la mesure des efforts par déformation. Cependant, cette mesure, comme d'ailleurs toute mesure est entachée d'erreurs, car il faut tenir compte des effets d'hystérésis, des gradients de température, des écarts du point d'application des efforts, des erreurs propres à la mesure de la déformation etc... Il en résulte qu'avec les dynamomètres classiques, on ne pouvait pas,avec une précision satisfaisante, mesurer à la fois des efforts très faibles et très importants. En d'autres termes, comme cela est fréquent dans l'industrie, si l'on veut par exemple contrôler lors d'une même opération des efforts dans un rapport de I à 20, par exemple 80 et 1600 'décanewtons, et cela avec une précision relative du même ordre, il convient absolument d'utiliser des dynamomètres adaptés aux gammes d'effort à mesurer, ce qui exige évidemment l'emploi de plusieurs dynamomètres et est évidemment désavantageux, comme on le comprend. La présente invention a pour but de résoudre ce problème et de remédier aux inconvénients précités en proposant un dispositif capteur d'effort qui, à lui seul, permet d'obtenir sensiblement la même précision dans la mesure d'une gamme d'efforts très étendue, ce qui, comme on le comprend est particulièrement avantageux dans la mesure d'efforts faibles et importants lors d'une même opération effectuée sur une machine automatique, telle que par exemple une presse,. comme il y en a beaucoup actuellement. Par aineurs, le dispositif calteur selon l'invention pourra par exemple encaisser un effort de 20 tonnes sans subir aucune détérioration, tout en demeurant très précis dans deux zones ou intervalles de mesure d'effort très différents, en deça de 2 tonnes par exemple. A cet effet, le dispositif capteur d'effort selon l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend un corps à au moins deux étages de rigidité différente donnant des flèches qui, sous l'effet de charges nominales différentes, sont voisines et sont limitées respectivement par des butées définissant des amplitudes de déformation voisines. On comprend donc déjà qu'un tel corps à deux étages permettra une précision relative identique pour des charges très différentes. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le corps précité forme un boîtier à deux compartiments superposés séparés par une cloison, et à savoir un premier compartiment dont est solidaire une première butée espacée de ladite cloison et un second compartiment dont est solidaire une deuxième butée espacée aussi de ladite cloison. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, au moins un poussoir et un palpeur sont agencés dans l'axe du boîtier précité au travers des butées et de la cloison du boîtier. On ajoutera ici que le poussoir est solidaire de la première butée elle-même fixée sur une paroi du premier compartiment, tandis que le-palpeur précité-est solidaire de la deuxième butée elle-même solidaire d'une paroi du deuxième compartiment du boitier. Il faut encore préciser que le poussoir et le palpeur sont montés dans des alésages prévus respectivement dans la première et la deuxi-ème butées, et ce par l'intermédiaire de bagues fendues et blocables au moyen de vis par exemple. On a également prévu sur le poussoir un filetage axial susceptible de recevoir un élément fileté pour régler ou étalonner le palpeur. Suivant une autre caractéristique, les première et seconde butées précitées sont fixées aux parois précitées du boitier, de préférence par des vis. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le boStier précité est réalisé en acier, l'épaisseur des parois du premier compartiment étant plus petite que celle des parois du deuxième compartiment. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, on associe au palpeur un ensemble électronique de mesure à affichage numérique ou par diodes luminescentes. L'invention vise aussi une machine automatique, telle que par exemple une presse , équipée d'au moins un dispositif capteur d'effort répondant aux caractéristiques susmentionnées, le dispositif capteur pouvant par exemple être monté sur le coulisseau d'une presse destinée à réaliser une opération quelconque, telle que par exemple l'emmanchement d'une pièce dans une autre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels la la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif capteur conforme aux principes de l'invention ; et - la figure 2 est une vue partiellement en coupe et de dessus de ce capteur, suivant la ligne.II-II de la figure 1. Suivant un exemple de réalisation, et en se reportant aux dessins annexés, un capteur d'effort conforme à l'invention comprend essentiellement un corps 1 à deux étages 2, 3 de rigidité différente et formés dans ledit corps 1, chaque étage étant adapté à une charge nominale très différente. Les deux étages 2 et 3 ont des flèches voisines pour leur charge nominale dont les valeurs sont par exemple dans un rapport de 1 à 20. C'est ainsi que l'étage 2 peut être calculé par exemple pour donner une flèche maximum pour une charge nominale de 100 daN, alors que 1 'étage 3 donnera sensiblemen-t la même flèche maximum pour une charge nominale de 2000 daN. Comme on le voit clairement sur la figure 1, le corps 1 forme un boîtier ouvert à deux compartimentssuperposés 2a, 3a séparés par une cloison 4. Le premier compartiment 2a correspondant au premier étage 2 contient une première butée 5 solidaire d'une paroi 6 de ce compartiment par l'intermédiaire de visn par exemple. En position de repos du corps ou boîtier 1, la butée 5 laisse un petit espace 7 entre la surface de butée 5a et la surface d'appui 4a de la cloison 4. De Ia même manière, le deuxième compartiment 3a correspondant à l'étage 3 contient une deuxième butée 8 fixée à une paroi 9 de ce compartiment à l'aide de vis 10 par exemple.Et la butée 8, comme-pour la butée 7, laisse un petit espace Il entre la surface de butée 8a et une surface d'appui 4b de la cloison 4. Dans l'axe du corps ou boîtier 1, on prévoit un poussoir 12 solidaire du premier étage 2 et pouvant actionner un palpeur 13 du type inductif par exemple et qui transmettra la mesure à un ensemble électronique de mesure à affichage, non représenté. Le poussoir 12 est monté dans un alésage pratiqué dans la première butée 5, et ce poussoir passe au travers d'un alésage 24 réalisé dans la cloison 4 du boîtier 1. Le palpeur 13 est également monté dans un alésage pratiqué dans la deuxième butée 8, comme on le voit sur la figure 1. Plus précisément, le poussoir 12 et le palpeur 13 sont montés dans leurs butées respectives par l'intermédiaire de bagues fendues 14, une vis 15 étant par exemple prévue dans les butées 5 et 8 pour bloquer le poussoir 12 et le palpeur 13 par l'intermédiaire des bagues 14. Un tel montage n!estdonné qu'à titre d'exemple, et on pourrait très bien prévoir un autre type de montage sans sortir du cadre de l'invention. Le poussoir 12 comporte un filetage axial 16 susceptible de-recevoir un élément fileté (non représenté) pour régler ou étalonner l'ensemble poussoir 12-palpeur 15, comme cela est connu en soi. On a montré en 17 une pastille en carbure par exemple qui est prévue à l'extrémité du poussoir en contact avec le palpeur 13 et qui assure une excellente surface de référence à ce dernier. Des éléments obturateurs 18 et 19 protègent respectivement le poussoir 12 et le palpeur 13, comme on le voit ciairement sur la figure 1. Le boîtier est réalisé en un acier spécial qui présente une bonne tenue en fatigue, et la rigidité différente des étages 2 et 3 tient à ce que, comme on le voit bien sur la figure 1, l'épaisseur des parois du premier compartiment 2a est plus petite que l'épaisseur des parois du deuxième compartiment 3a. Par ailleurs, on insistera ici sur le fait que l'ensemble de mesure poussoir 12=palpeur 13 étant disposé dans l'axe du capteur, cela permet de légers déportes dans l'application de l'effort tout en restant dans les limites de la précision En outre, on notera que les vis de fixation27 et 10 des butées 5 et 8 sont placées de manière à affaiblir le moins possible l'inertie des parties intéressées du corps ou capteur 1. Au capteur qui vient d'être décrit, on associe un ensemble électronique de mesure à affichage numérique ou par diodes luminescentes, qui n'a pas été représenté. On en dira seulement que, dans le cas de l'utilisation du capteur sur une machine automatique, un tel ensemble électronique fournira avantageusement les informations nécessaires à la réalisation du cyle automatique de la machine, car , dans ce cas, il faut respecter dans le temps certaines valeurs d'effort imposées pour que la pièce finie possède les qualités requises. On donnera maintenant des explications relatives au fonctionnement du dispositif capteur qui a été décrit précédemment. Comme on l'a dit au début de cette description, ce dispositif peut être par exemple associé au coulisseau d'une presse automatique pour emmancher à force une pièce dans une autre. Mais une telle utilisation n'est nullement limitative, et, pour les explications qui suivent, on se placera dans le cas général où le capteur 1 repose par sa base la sur un élément 20, éventuellement fixé au capteur par le filetage 21, tandis qu'une charge est appliquée progressivement sur la surface lb du capteur, comme matérialisé par la flèche F sur la figure 1. Quand on applique ainsi au capteur un effort croissant, l'étage 2 se déforme, et cette déformation est transmise au palpeur 13 par l'intermédiaire du poussoir 12 Lorsque la charge nominale de l t étage 2 a été atteinte, la butée 5 vient en appui, par sa surface 5a sur la surface 4a de la cloison 49 c'eà-dire sur la partie supérieure de étage 3 du capteur qui se déforme à son tour. En d'autres termes, la butée 5 interdit toute déformation supplémentaire du premier étage 2 et transmet l'effort supplémentaire en totalité au deuxième étage 3 qui se déforme à son tour.On notera ici que la surface d'appui Sa de la butée 5 étant suffisante pour que sa déformation soit négligeable, la déformation du deuxième étage 3 sera intégralement transmise au palpeur 13 par l'intermédiaire du poussoir 12. Après que la charge nominale du deuxième étage 3 a été atteinte, la surface 4b de la cloison 4 vient en appui sur la surface 8a de la butée 8 de sorte que, compte tenu des surfaces d'appui mises en jeu, -le capteur de l'invention peut supporter des charges très importantes (plusieurs dizaines de tonnes ) sans déformation appréciable, c'est-à-dire sans aucun risque de détérioration. En d'autres termes, les butées 5 et 8 de limitation de déformation permettent d'appliquer des efforts représentant 10 à 20 fois la charge nominale, ce qui est indispensable dans de nombreuses applications industrielles. On comprend donc de ce qui précède que le dispositif capteur selon l'invention utilise un seul palpeur de mesure qui enregistre dans un premier temps principalement la déformation du premier étage, et dans un deuxième temps la déformation du deuxième étage. Et il est important de rappeler ici que le capteur de l'invention permet avantagèusement une précision relative identique pour les deux étages soumis chacun à des charges très différentes ce qui, comme on le comprend est d'un inte"rêt capital dans les machines automatiques ou les pièces sont soumises à une gamme d'efforts très étendue On a donc réalisé suivant l'invention un capteur, qui à lui seul, permet de mesurer à la fois des efforts très faibles et très importants avec une précision très satisfaisante. Enfin, on notera que l'invention n'est pas limitée à la réalisation décrite et représentée qui n'a été donnée qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que le capteur pourrait comporter plus de deux étages, que les butées 5 et 8 pourraient être fixées autrement que par '?2s,et que le système de réglage du zéro du palpeur pourrait être quelconque, sans sortir du cadre de l'invention. Egalement, on pourrait choisir un rapport quelconque des efforts nominaux des deux étages 2 et3, cela étant évidemment fonction des efforts à mesurer. Enfin le corps 1 pourrait revêtir des formes différentes. Cependant, il a été constaté que le corps 1 tel que représenté, d'est-à-dire comportant un étage 2 avec parois supérieure6 et latérales 6a de même épaisseur et un étage 3 avec paroi inférieur- 9, parois latérales Sa et paroi supérieure ou cloison 4 d'épaisseur identique et plus grande que celle des parois 6 et 6a de l'étage supérieur 2, donnait d'excellents résultats. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATION S 1. Dispositif capteur d'effort formant dynamomètre et destiné par exemple au contrôle des efforts appliqués-à une pièce traitée par une machine automatique, caractérisé en ce qu'il comprend un corps (1) à au moins deux étages (2,3) de rigidité différente donnant des flèches qui, sous l'effet de charges nominales différentes sont voisines et sont limitées respectivement par des butées (5, 8) définissant des amplitudes de déformation voisines. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps précité forme un boîtier à deux compartiments superposés 2a, 3a) séparés par une cloison (4), et à savoir un premier compartiment (2a) dont est solidaire une première butée (5) espacée de ladite cloison (4) et un second compartiment (3a) dont est solidaire une deuxième butée (8) espacée de ladite cloison. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce qu'au moins un poussoir (12) et un palpeur (13) sont agencés dans l'axe du boîtier précité au travers des butées et de la cloison du boîtier. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le poussoir précité (12) est solidaire de la première butée (5) elle-même fixée sur une paroi (6) du premier compartiment (2a), tandis que le palpeur précité (13) est solidaire de la deuxième butée (8) elle-même solidaire d'une paroi (9) du deuxième compartiment(3a). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le poussoir (12) et le palpeur (13) sont montés dans des alésages prévus respectivement dans la première (5) et la deuxième (8) butée, et ce par l'intermédiaire de bagues (14) fendues et blocables au moyen de vis (15) par exemple. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le poussoir précité comporte d'un côté un filetage axial (16) susceptible de recevoir un élément fileté pour lVétalonnage du palpeur, et de l'autre côté une pastille en carbure ou analogue (17) en contact avec le palpeur (13). 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les premiereet seconde butées précitées sont fixées aux parois précitées (6, 9) du boîtier de préférence par des vis (27,10). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier précité est réalisé en acier, l'épaisseur de paroi du premier compartiment (2a) étant plus petite que l'épaisseur de paroi du deuxième compartiment (3a)-. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au palpeur précité est associé un ensemble électronique de mesure à affichage numérique ou par diodes luminescentes. 10. Machine automatique, telle que par exemple presse, équipée d'au moins un dispositif capteur d'effort selon l'une des revendications 1 à 9.