Brevet FR2529335A1 — publié le 19831230

L'invention est relative à une tête de mesure pour machine d'essai de dureté et à un procede de mesure de dureté. L'invention trouvera tout particulièrement son application dans tous les services de contrôle industriels qui ont pour mission de vérifier la conformite des caractéristiques mécaniques des materiaux entrant dans des fabrications. Actuellement, les mesures de durete, en particulier dans la métallurgie, les duretés BRINNELL, VICKERS et ROCKWELL, sont réalisées à l'aide de machines fixes ou portables dont le principe consiste à enfoncer une pointe ou une bille selon l'essai dans le matériau à mesurer avec une force connue. Ensuite, on mesure l'empreinte formee et l'on en déduit, à l'aide d'abaques spéciaux de la dureté du materiau. Malheureusement, ce procédé de mesure est relativement long puisque la mesure de l'empreinte est différée par rapport à l'application de l'effort de pénétration et qu'ensuite, il faut faire appel à des abaques pour obtenir la corrélation entre la dimension de l'empreinte et la dureté de la pièce. En outre, la mesure des dimensions de l'empreinte est délicate et sujette à des erreurs de lecture. I1 existe egalement des machines automatiques qui sont équipées d'un capteur de force et d'un capteur de déplacement qui sont reliés a un calculateur pour obtenir un affichage direct de la dureté. Toutefois, le capteur de déplacement doit être initialisé avant que la pointe ou la bille pénètre dans la piece de façon à ne prendre en considération que la profondeur de pénétration et non pas l'approche de la pointe ou la bille contre la pièce. Par conséquent, ce type de machine ne peut être entièrement automatisee et doit être relue en fonction de la forme de la piece à mesurer. Le but principal de la présente invention est de proposer une tête de mesure pour machine d'essai de dureté qui est entièrement indépendante de la hauteur de la piece à mesurer. Par conséquent, cette tête sera, tout particulièrement adaptée pour automatiser entièrement la mesure de dureté. Un autre but de la presente invention est de présenter une tête de mesure de faible dimension et qui, par consequent, pourra facilement être utilisée de façon portative. L'opérateur appliquera alors la tête de mesure sur la pièce à tester selon un effort qu'il choisira. Le calculateur prendra en considération l'effort qui est applique et la pénétration résultante, pour déterminer la dureté du materiau. Un autre but de la présente invention est de proposer un pro cedé de mesure de dureté qui est entièrement pilote par un calculateur et qui est effectué selon les normes en vigueur. D'autres buts et avantages de la presente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est cependant donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. La tête de mesure pour machine d'essai de dureté, comprend selon le type d'essai une pointe ou une bille amovible de pénétration dans la pièce dont la dureté doit être mesurée. Cette tête est fixée sur un organe qui permet de lui appliquer une certaine force pour assurer la pénétration de la pointe ou de la bille dans la pièce. La tête de mesure est notamment dotée d'un capteur de déplacement et d'un capteur de force qui sont relies à un calculateur pour obtenir directement la valeur de la dureté de la pièce testée. Selon l'invention, le capteur de déplacement de la tête de mesure presente des moyens de mesure différentiels qui le rendent indépendant de la hauteur de la pièce à mesurer. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfere à la description ci-dessous ainsi qu'aux dessins en annexe qui en font partie intégrante. La figure 1 schematise une machine d'essai de dureté équipée de la tête de mesure selon l'invention. La figure 2 schématise la tête de mesure selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention. La figure 1 schématise une vue d'ensemble de la machine d'essai de dureté équipée d'une tête de mesure 1 selon l'invention. Les machines d'essai de dureté se présentent sous la forme généralement d'un bâti 2 disposant à sa partie inférieure d'une table 3 sur laquélle repose la pièce 4 à mesurer. Le bati 2 comprend en outre une colonne 5 à l'extré- mité de laquelle est fixé un organe de force 6. La tête de mesure 1 sera équipée d'une pointe ou d'une bille amovible 7. En effet, selon le type de mesure effectuée en particulier dans le domaine des métaux, les duretés BRINELL, VICKERS ou ROCKWELL, il sera nécessaire d'adapter un élément pénétrant conforme aux exigences. La tete de mesure 1 est fixée sur l'organe de force 6 qui pourra notamment se présenter sous la forme d'un vérin et donc la tête de mesure pourra être appliquée sur la pièce 4 à tester. La tête de mesure 1 sera équipée d'un capteur de force 8 et d'un capteur de déplacement 9 qui seront reliés à un calculateur 10. Le capteur de force 8 indiquera au calculateur 10 la valeur de la charge imposée par l'organe de force 6 sur la pièce 4 par l'intermédiaire de la pointe ou la bille 7. Le capteur de déplacement 9 indiquera au calculateur 10 la valeur de la profondeur de pénétration de la pointe ou la bille 7 dans la piece 4. De la sorte, le calculateur pourra, grâce à ces informations, et selon des programmes internes, effectuer les compilations necessaires pour fournir directement laXvaleur de la dureté de la pièce mesuree. Le calculateur 10 pourra également piloter la pompe d'alimentation 11 du vérin hydraulique 6. Ainsi, selon des impératifs donnés au calculateur 10, celui-ci pourra imposer et contrôler par exemple l'effort de pénétration qui est appliqué par le vérin hydraulique 6. La tête de mesure, selon l'invention, pourra également être utilisée de façon portative, clest- -dire independamment de la machine d'essai de dureté traditionnelle, il suffira, pour cela, que l'opérateur applique la tête de mesure et en particulier sa pointe ou bille contre la piece à mesurer en exerçant un effort quelconque. Alors, le calculateur prendra en considération l'effort applique et la profondeur de pénétration pour déterminer la durete du matériau. Toutefois, il convient de noter que, dans ce dernier cas, l'essai ne sera pas effectué selon les critères normalisés, pour lequels notamment la valeur de la charge et la durée d'application de la charge sont imposées. La figure 2 schématise la tête de mesure selon un mode prefé- rentiel de réalisation de l'invention. En particulier, le capteur de déplacement 9 présente des moyens de mesure différentiels qui le rendent indépendants de la hauteur de la pièce à mesurer 4. il n'est donc pas nécessaire d'initialiser le calculateur pour chaque type de pièces à mesurer. Les moyens se présentent sous la forme de pointes de contact 12 montées de façon souple sur la tête 1 et qui sont reliées au palpeur 13 du capteur de déplacement 9 dont le corps 14 est fixé sur la tête 1. De la sorte, les pointes de contact 12 viennent se positionner sur la surface de la pièce 4 à mesurer qui fait office ainsi de surface de référence pour la mesure de la profondeur de pénétration. Le palpeur 13 qui est relié directement aux pointes de touche 12 sera immobilisé par rapport à la surface de la pièce 4 puisque les pointes de contact elles-mêmes seront immobilisées en s'appliquant sur la surface de cette pièce 4. Par contre, la partie restante de la tete de mesure et en particulier la pointe ou bille 7 de pénétration s'enfoncera dans la pièce 4, lorsque la charge sera appliquee et ainsi le corps du capteur de déplacement 14 qui est solidaire rigidement de la pointe ou bille 7 se déplacera de la valeur de la profondeur de la pénétration de cette pointe; ou bille dans la pièce 4. Par conséquent, -le capteur 9 enregistrera le déplacement par déplacement relatif de son corps par rapport à son palpeur 13 qui est fixe par rapport à la piece 4. Etant donné qu'il y a un déplacement relatif des pointes de contact 12 par rapport à l'armature de la tête de mesure 1, il sera nécessaire que ces pointes decontact 12 soient montees de façon souple sur la dite tête 1. Afin que le palpeur 13 du capteur de déplacement 9 soit posi tionné avant même que soit effectuée toute pénétration de la pointe ou de la bille 7 dans la pièce 4, il sera nécessaire que les pointes de contact 12 soient en position de repos, légèrement saillantes par rapport à la dite pointe ou bille de pénétration 7. De façon à ce que lorsque la tête de mesure soit approchée de la piece 4, ce soit d'abord les pointes de contact 12 qui sont en contact avec la pièce 4 avant la pointe ou la bille 7. De façon à obtenir un bon positionnement du palpeur 13 lors de l'essai, il sera préférable d'utiliser plusieurs pointes decontact 12 disposées tout autour de la pointe ou la bille 7. De bons résultats ont été obtenus en disposant symetriquement trois pointes decontact Sel on le mode préférentiel de realisation de la pointe de me sure selon l'invention, celle-ci présente à a partie supérieure le capteur de force 8 sur lequel s'exerce la charge appliquée par l'axe 15 du vérin ou-la poignée de manipulation dans le cas d'un usage portatif. Sa tête de mesure 1 comprend en outre à sa partie inférieure une plaque 16 de base qui est reliée au capteur de force 8 par l'intermédiaire de colonnes périphériques 17 rigides. La plaque de base 16 comprend, à sa partie inférieure, la pointe ou bille de pénétration 7, qui sera, de préférence, amovible. Dans le cas choisi, la fixation amovible de la pointe 7 sur la plaque de base 16 est réalisée par l'intermédiaire d'une vis latérale 18. Le corps 14 du capteur de déplacement 9 est fixé sur la tête 1 par l'intermédiaire d'une plaque intermédiaire 19 positionnee sur les colonnes 17. Le palpeur 13 du capteur de déplacement 9 s'applique sur une plaque de référence 20 reliée rigidement par des tiges 21 à une couronne inférieure 22 supportant, sur sa périphérie, les pointes de contact 12. La couronne 22 sera montee de façon souple sur la plaque de base 16. Les moyens souples utilisés pour la fixation de la couronne inférieure 22 sur la plaque de base 16 se présenteront avantageusement sous la forme d'un joint élastique 23 et éventuellement double comme dans le cas de la figure, qui sera disposé à l'intérieur de la couronne inférieure 22 et dont la partie centrale sera fixée sur la plaque infe- rieure 16. Selon le procede de ne sure de dureté de l'invention à l'aide d'une machine d'essai équipée de la tête de mesure decrite, on fait tout d'abord descendre la tête de mesure 1 contre la pièce 4 de sorte à ce que la pointe ou la bille 7 entre en contact avec la dite pièce. Le contact peut être detecté par le calculateur assitôt qu'il enregistre la présence d'une force sur le capteur de force 8. On applique alors que la tête 1 un effort préalable de faible valeur contrôlée par le capteur de force. La valeur de cette charge pourra être, par exemple, de l'ordre de 2 kg force et a pour but de s'assurer que la pointe 7 est réellement en contact avec la pièce 4 et non pas qu'il puisse subsister quelques impuretés à la surface de la pièce qui fausseraient la mesure de la valeur de la profondeur de pénetration , ces éventuelles impuretés sont écartées ou écrasées lors de l'application de cette pré-charge. Ensuite, le registre du calculateur recevant l'ns informations du capteur de déplacement 9 est initialisé. Et donc, le calculateur prendra en considération les déplacements effectués par'la tête à partir de cet instant et qui correspondront donc à la profondeur de pénétration de la pointe ou de la bille. Ensuite, on applique la charge de pénétration sur la tête durant un temps prédéterminé. La charge est contrôlée par le capteur de force qui envoie son information au calculateur qui, lui-même, pilote la pompe pour reguler la pression dans le vérin qui est donc asservie. On maintient la charge pendant un certain temps mais qui est imposée généralement par les normes. Ensuite, le capteur enregistre le déplacement detecté par le capteur 9. Le calculateur a ainsi pu acquérir toutes les informations necessaires pour calculer la durete du matériau, alors que la tête est ramenée en position de repos et est ainsi degagee de la pièce 4. Etant donné que certaines normes exigent, pour effectuer, certaines mesures de dureté, l'application d'une pré-charge préalable pendant une durée prédéterminée, on pourra facilement exécuter cet impératif à l'aide d'instructions entres da's le calculateur à cet effet. La tete de mesure selon l'invention a été plus particulièrement applique pour des essais de dureté. Néanmoins, le montage différentiel du capteur de déplacement pourra également être appliqué dans le cas d'essais de traction notamment sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Cette tête de mesure de dureté d'un matériau quelconque pourra avantageusement être integre dans un système robotisé. Selon le type de matériau teste, les capteurs et pénétrateurs pourront être interchanyes pour les adapater au mieux des besoins. Il faut noter en outre que la tête de la présente invention peut être utilisée quel que soit l'état de surface de la pièce à tester. REVENDICATIONS 1. Tête de mesure pour machine d'essai de dureté comprenant selon le type d'essai une pointe ou une bille amovible (7) de pénétration dans la pièce (4) dont la dureté est mesurée, la dite tete (1) étant fixée sur un organe de force (6) qui permet d'appliquer une charge pour assurer la pénétration de la pointe ou de la bille (7) dans la pièce (4), et est dotee notamment d'un capteur de déplacement (9) et d'un capteur de force (8) qui sont reliés à un calculateur (10) pour obtenir directement la valeur de la durete, caractérisée par le fait que les capteurs de déplacement (9) presentent des moyens de mesure differentiels qui les rendent independants de la hauteur de la pièce (4) à mesurer. 2. Tête de mesure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens se présentent sous la forme de pointes de contact (12) montées de façon souple sur la tête (1) et qui sont reliées directement au palpeur (13) du capteur de déplacement (9) dont le corps (14) est fixé sur la tête (1). 3. Tête de mesure selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les pointes de contact (12) sont en position de repos légè- rement saillantes par rapport à la pointe ou de la bille de pénétration (7). 4. Tête de mesure selon la revendication 3, caracterisee par le fait que les pointes de contact (12) sont disposées tout autour de la pointe ou de la bille de pénétration (7). 5. Tête de mesure selon la revendication 2, caracterisee par le fait que, durant la mesure, les pointes de contact (12) viennent en contact et reposent sur la surface de la pièce (4). 6. Tête de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle présente à sa partie supérieure un capteur de force (8) sur lequel s'applique l'effort exercé par l'organe prévu à cet effet (6), le capteur (8) étant relie par l'intermédiaire de colonnes périphériques (17) à une plaque de base (16) qui reçoit sur sa face inférieure la pointe ou la bille de pénétration (7), le corps (14) du capteur de déplacement (9) étant fixé sur une plaque intermédiaire (19) positionnée sur les colonnes (17), le palpeur (13) du capteur (9) de déplacement s'appliquant sur une plaque de reference (20) supportée par une couronne inférieure (22) à laquelle elle est reliée par des tiges (21), la dite couronne (22) portant sur sa périphérie des pointes de contact (12) est montée de façon souple sur la plaque inférieure (16-). 7. Tête de mesure selon la revendication 6, caractérisée par le fait que les moyens souples se présentent sous la forme d'un joint élastique (23) disposé à l'intérieur de la couronne inférieure (22) et dont la partie centrale est fixee sur la plaque inférieure (16). 8. Procédé de mesure de dureté à l'aide d'une machine d'essai équipée de la tête de mesure selon la revendication 6, caractérisé en ce que' - on fait descendre la tête de mesure (1) contre la pièce (4) de sorte à ce que la pointe'ou la bille (7) entre en contact avec la pièce (4) ; - on applique alors sur la tête (1) un effort préalable de faible valeur contrôlée par le capteur de force (8); - le registre du calculateur recevant les informations du capteur de déplacement (9) est initialisé ; - on applique la charge de pénétration sur la tête (1) pendant un temps prédéterminé, cette charge etant contrôlée par le capteur de force (8) - le calculateur prend en considération la profondeur de péné- tration détectée par le capteur de déplacement (8) ; ; - le calculateur compile les informations enregistrées et fournit le résultat de la dureté alors que la tête est ramenée en position relevez de repos. 9. Procédé de mesure selon la revendication 8, caractérise en ce que l'on applique une pré-charge pendant une durée prédéterminée.