Brevet FR2563004A1 — publié le 19851018

DISPOSITIF DE MESURE DE FORCE POUR MESURER SANS CONTACT LA FORCE D'AVANCEMENT D'UN MOTEUR L'invention part d'un dispositif de mesure de force servant à mesurer sans contact la force d'avancement transmise à partir dtun moteur d'entrainement, par l'intermédiaire de l'arbre d'entrainement, à un outil rotatif, dispositif comportant un élément à ressort, élastique en direction axiale, et reliant, par l'action mécanique qutil exerce, l'arbre d'entrainement à l'outil, et comportant au moins un détecteur solidaire du carter du moteur d'entrainement et un objet de mesure solidaire de l'outil. I1 est déjà connu, s'adaptant à des perçeuses, un tel dispositif de mesure de force, qui comprend un détecteur monté fixe par rapport au carter de la perçeuse. Le foret actionné par celle-ci étant relié à l'arbre d'entrainement par par l'intermédiaire d'un élément à ressort élastique en direction axiale. Le détecteur mesure alors le déplacement axial du foret, qui est, en principe, proportionnel à la force d'avancement. Ce dispositif présente cependant l'inconvénient que le déplacement axial du foret qui se produit sous l'effet du jeu de palier est indiqué faussement comme étant une variation correspondant à ce déplacement de la force d'avancement. L'invention concerne, en vue d'éviter cet inconvénient, un dispositif de mesure de force- du type indiqué ci-dessus- qui est caractérisé en ce qu'un second objet de mesure est fixé rigidement à l'arbre d'entrainement et le ou les détecteurs associés aux objets de mesure fournissent un signal correspondant à la distance qui se présente entre les deux objets de mesure. Un tel dispositif présente, par rapport aux réalisations connues, l'avantage que la précision de la mesure de la force d'avancement n'est pas influencée par le jeu de palier qui se produit sur l'arbre d'entrainement. A cet effet, un ou plusieurs détecteurs sont prévus, qui fournissent un signal électrique correspondant à la variation de distance entre l'arbre d'entrainement et l'outil, et qui peut etre utilisé comme mesure pour la force d'avancement s'exerçant dans chaque cas considéré. La variation de distance entre l'arbre d'entrainement et l'outil est déterminée exclusivement par la déformation élastique de l'élément faisant ressort, laquelle est, de préférence, proportionnelle à la force d'avancement qui s'exerce dans chaque cas considéré. Le jeu de palier axial qui se produit sur l'arbre d'entrainement ne provoque cependant qu'un déplacement de même sens de l'arbre d'entrainement et de l(outil, sans qu'intervienne une variation de distance entre arbre d'entrainement et outil. Divers moyens indiqués dans la suite permettent d'obtenir des modes de réalisation avantageux et perfectionnements du dispositif conforme à l'invention tel que défini ci-dessus. I1 y a particulièrement avantage à prévoir, aussi bien sur l'arbre d'entrainement, d'une part, que sur une pièce intermédiaire solidaire de l'outil, d'autre parut, un anneau de mesure, et à mesurer la variation de distance entre les deux anneaux de mesure au moyen d'une ou plusieurs bobines toroidales électromagnétiques. Ces bobines toroïdales peuvent alors faire partie d'un pont de Wheatstone, qui fournit un signal de mesure proportionnel à la force d'avancement. Etant donné que les déplacements axiaux des anneaux de mesure - servant d'objets de mesure qui se produisent sous l'effet du jeu de palier et de la force d'avancement se situent, de préférence, dans la zone de quelques dizièmes de millimètres il nty a pas besoin de prévoir, en règle générale, de dispositifs de linéarisation supplémentaires. Pour des genres d'applications particuliers, dans le cas desquels se produisent de plus grandes déviations des anneaux de mesure, les courbes caractéristiques de mesure des détecteurs utilisés peuvent être linéarisées électroniquement de manière connue en soi. Le dispositif de mesure de force conforme à l'invention peut fonctionner avec différents types de détecteurs, qui peuvent être choisis en fonction des exigences qui se présentent dans chaque cas. Comme détecteurs conviennent, par exemple, des bobines toroidales, des détecteurs à barres, des bobines plates, des détecteurs capacitifs et optiques. Les objets de mesure utilisés doivent, bien entendu, être adaptés alors au type de détecteur utilisé dans chaque cas. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'une perçeuse pourvue d'un dispositif de mesure de force conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe du dispositif représente en figure 1, comportant une seule bobine toroïdale; - la figure 3 est un schéma de montage en pont comportant deux bobines de mesure; - la figure 4 est un schéma de montage en pont comportant une seule bobine de mesure; - les figures 5 à 7 montrent des variantes de réalisation comportant des détecteurs différents. En figure 1, un dispositif de mesure de force 1 est placé, sous forme d'appareil adjoint, sur le carter 2 d'une perçeuse 3, et fixé rigidement au carter 2. La perçeuse 3 comporte un arbre d'entrainement 4, monté dans un roulement rainuré à billes 5. L'arbre d'entrainement 4 est relié élastiquement, au moyen d'un élément.faisant'ressort 6, constitué sous forme de membrane, à une pièce intermédiaire 7, qui est elle-meme reliée rigidement à un porte-foret 8 et à un foret 9 qui y est enserré. Pour permettre le déplacement axial de la pièce intermédiaire 7 par rapport à l'arbre d'entrainement 4, celui-ci est pourvu d'un guide 10, dans lequel est engagé un élément de guidage 11 cylindrique de la pièce 7. A l'arbre 4 est fixé rigidement un disque horizontal 12, à la surface périphérique duquel est fixé un anneau de mesure 13. Un anneau de mesure correspondant 14, de même diamètre, est fixé extérieurement sur la pièce intermédiaire cylindrique 7. A très faible distance des deux anneaux de mesure 13, 14 sont disposées deux bobines toroidales 15, 16, qui sont reliées rigidement au carter 17 du dispositif de mesure de force 1. Les anneaux de mesure 13, 14 peuvent aussi, d'une manière générale, être désignés comme objets de mesure et constituent, pour les bobines 15, 16, des noyaux de bobines de forme annulaire, qui pénètrent au moins partiellement à l'intérieur des bobines 15, 16. Lorsqutil se produit une force d'avancement, la pièce intermédiaire 7 est poussée vers le haut contre la force de l'élément élastique 6. La distance 1 entre les deux anneaux de mesure 13 et 14 se réduit m par suite d'une distance correspondant à la force d'avancement qui s'exerce dans chaque cas considéré. Un déplacement axial, déterminé par le jeu de palier, de l'arbre d'entrainement 4, a pour conséquence un déplacement de la pièce 7 de même direction et de même grandeur, de telle sorte que la distance lm entre les deux anneaux 13 et 14 ne varie pas. En vue de faire comprendre, de façon plus simple, le mode de fonctionnement, il est supposé que les deux enroulements des bobines toroldales 15, 16 et les deux anneaux de mesure 13, 14 présentent chaque fois les mêmes dimensions et les mêmes propriétés électriques. En outre, lorsque l'élément élastique 6 est détendu, les profondeurs de pénétration 11 et 12 des anneaux 13, 14, doivent être les mêmes. La longueur totale 1 de 11 ensemble des deux bobines 15, 16 est supposée égale, par exemple, à 6 mm. Les profondeurs de pénétration doivent pour ce cas être è 1=l2=1mm 1 2 mm. Lors du perçage, la force d'avancement qu'il nécessite provoque une flexion de la membrane de l'élément élastique 6 et par suite une réduction de la distance 1 entre les anneaux 13 et 14. La profondeur m de pénétration 12 de l'anneau 14 varie alors quelque peu, de telle sorte que les valeurs d'impédance des deux enroulements présentent des grandeurs différentes. La conversion de la différence de résistance des bobines en une différenc-e de tension fournit une mesure pour la force d'avancement. A cet effet, les bobines peuvent être disposées dans un montage en pont, tel que représenté en figure 3. Le montage en pont formé par les deux bobines de mesure 15, 16 et deux résistances R est alimenté par une tension UT du courant porteur; une variation de la tension de mesure UM prise au montage en pont indique alors une mesure pour la force d'avancement. Dans le cas d'un décalage, déterminé par le jeu de palier, entre les éléments tournants (4,7) et les éléments fixes de la perçeuse, la flexion de la membrane ne varie cependant pas. Les deux anneaux de mesure sont dans ce cas déplacés dans le même sens, de la même distance. Les impédances des bobines aussi se comportent de façon correspondante, de telle sorte que la tension de mesure UM prise au montage en pont de la figure 3 ne subit pas de variation de tension. Le jeu de palier se trouve ainsi supprimé dans l'indication des valeurs mesurées. Etant donné que le jeu de palier, suivant les circonstances, ne se produit que lorsque la membrane s'est infléchie partiellement, il est possible, en vue d'accroitre la sûreté et la précision de la mesure, de réaliser le dispositif de mesure de force de telle manière, qu'il y ait une relation proportionnelle entre la variation de la profondeur de pénétration des deux anneaux de mesure 13,- 14 et la variation de la tension de mesure qui est ainsi provoquée chaque fois. Cela peut être effectué notamment grtce à des dimensions appropriées des anneaux de mesure 13, 14 et des bobines 15, 16, il est alors possible aussi de choisir en conséquence la fréquence du courant porteur. De plus, il se présente aussi la possibilité de linéariser électroniquement les courbes caractéristiques de mesure des détecteurs, ou bobines, en leur associant des amplificateurs. La figure 2 montre la coupe longitudinale d'un dispositif de mesure de force 18, dan lequel il est utilisé comme détecteur une seule bobine toroïdale 19. Le montage en pont correspondant est représenté en figure 4. La suppression du jeu de palier dans l'indication de la valeur mesurée peut aussi entre réalisée dans le cas d'un détecteur à une seule bobine* avec lequel les anneaux de mesure 13, t4 sont disposés comme en figure 1. La' aussi, un déplacement dans le même sens, provenant du jeu de palier* des anneaux de mesure 13, 14 ne provoque pas de variation de la tension de mesure, étant donné que la profondeur de pénétration totale lu=13 + 14 ne subit ainsi pas de variation. g 3 Par contre, la force d'avancement nécessaire au perçage provoque une flexion de la membrane de l'élément élastique 6, ce qui a pour effet de réduire la distance entre les deux anneaux de mesure. Par suite, la profondeur de pénétration totale 1g grandit, de telle sorte que la tension UM (figure 4) constituant le signal de mesure varie de façon correspondante. La figure 5 représente une forme de réalisation dans laquelle des détecteurs à barres 20 sont reliés rigidement au carter 17 du dispositif de mesure de force 1. Dans la forme de réalisation de la figure 6, il peut également être utilisé des détecteurs à barres 21, qui cependant sont disposés parallèlement à l'axe central des anneaux de mesure 13, 14. La figure 7 représente un dispositif de mesure de force comportant un détecteur à unt seule bobine 22, par exemple une bobine plate. Les deux anneaux de mesure 13, 14 sont disposés des deux c8tés du d4- tecteur 22 en prolongement de son axe central. REVENDICATIONS 1- Dispositif de mesure de force servant à mesurer sans contact la force d'avancement transmise à partir d'un moteur d'entrainement, par l'intermédiaire de l'arbre d'entrainement, à un outil rotatif, dispositif comportant un élément à ressort, élastique en direction axiale, et reliant, par l'action mécanique qutil exerce, l'arbre d'entrainement à l'outil, et comportant au moins un détecteur solidaire du carter du moteur d'entrainement et un objet de mesure solidaire de l'outil; caractérisé en ce qu'un second objet de mesure (13) est fixé rigidement à l'arbre d'entrainement (4), et le ou les détecteurs (15, 16, 19) associés aux objets de mesure (13, 14) fournissent un signal correspondant à la distance (lm) qui se présente entre les deux objets de mesure (13, 14). 2- Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les détecteurs sont constitués sous la forme de bobines toroldales électromagnétiques (15, 16, 19), et les deux objets de mesure, les anneaux de mesure (13, 14), disposés concentriquement à l'intérieur des bobines toroïdales (15, 16, 19) sont constitués en matériau électriquement conducteur. 3- Dispositif de mesure selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les détecteurs (15, 16, 19, 20, 21, 22) font partie d'un montage en pont, qui fournit chaque fois un signal de mesure (UM) proportionnel à la distance (lm) ) entre les objets de mesure (13, 14). 4- Dispositif de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce que les courbes caractéristiques de mesure des détecteurs (15, 16, 19, 20, 21, 22) sont linéarisées électroniquement.