Brevet FR2600155A1 — publié le 19871218

Procédé et dispositif de détection de la présence d'unt pièce dans un ensemble mécanique L'invention concerne un procédé et un dispositif de détection de La présence diune pièce dans un ensembl mécanique Dans un ensemble mécanique donné, il importe de contrôler la présence et le montage correct ce certaines pièces inaccessibles en fin de montage préalablement à toute utilisation. Par exemple, dans certains modèles de différentiels pour des vèticules automobiles, on monte une rondelle de matière synthétique ou céramique entre chacun des engrenages sateLlites et le boitier du différentiel. Ces rondelles ont pour fonction de diminuer Le frottement entre le pignon et le boîtier et d'assurer un rattrapage des jeux. En cas d'absence de ces rondelles, Le pignon serait usé prématurement ou bien grippé après quelques heures seulement d'utilisation normale du différentiel. Il est donc nécessaire de contrôler la présence et le montage correct de cette rondelle après l'assemblage final du différentiel. L'invention a précisément pour objet un procede et un dispositif qui répondent à ces objectifs. Elle dot permettre de déterminer en ur temps très court La présence cu ou l' absence de cettc rondelle avec un taux d'exactitude tres élevé, proche de 100,. Le dispositif doit être simple et de faible encombrement. Il doit égelement presenter une grande fiabilité. Conformément à L'invention, le procédé de détection de La présence d'un organe dans un ensemble mécanique, se caractérise en ce que on applique un émetteur ultrasonn@e à un endroit choisi de l'ensemble mécanique et un récepteur a un autre endroit de cet ensemble, sépare du premier par un trajet traversant nécessairement l'organe dont on veut contrôler la présence, - on émet une onde ultrasonone, - on mesure le te@@s de parcours de L'onde ultrasonore entr L'émetteur et le récepteur, - on compare ce temps mesuré à une valeur de consigne prédéterminée, - on déduit la présence ou L'absence de L'organe de la valeur de la différence entre la valeur de consigne et la valeur mesurée. De préférence, on détermine une valeur de référence supérieure T0' et une valeur de référence inférieure T0, - on compare la valeur mesurée T à T - on affiche un signal indiquant l'absence de rondelle si T est inférieur à T0 ou supérieur à T0' De préférence encore - on mesure le temps de parcours T d'une onde ultrasonore entre l'émetteur ultrasonore et le récepteur ultrasonore avec présence d'une rondelle et d'un film d'huile, - on mesure le tenps de parcours T d'une onde ultrasonore entre 2 l'émetteur et le récepteur en L'absence de rondelle et avec présence d'un film d'huile, - on pose T = (T - T )/2 + T O 1 2 - on nose T' = T + T, T étant un intervalle de temps déterminé O O préalablement. Conformément à l'invention, le dispositif de détection de la présence d'un organe dans un ensemble mécanique se caractérise en ce qu'il comprend un émetteur ultrasonore, un récepteur ultrasonore, un moyen de mesure du temps de parcours d'une onde ultrasonore entre l'émetteur ultrasonore et le récepteur ultrasonore et des moyens de traitement du temps de parcours mesure. De préférence, les moyens de traitement comprennent une mémoire dans laquelle sont inscrites une valeur prédéterminée supérieure T0' et une valeur prédéterminée inférieure T0, un premier comparateur pour comparer le temps de parcours mesuré T à la valeur prédéterminée supérieure T' et à la valeur O prédéterminée inférieure TOI des moyens d'affichage pour signaler L'absence de L'organe si T est supérieur à T' ou inférieur à T O O Le dispositif de mesure s'applique de préférence à la détection de la présence d'une rondelle dans un différentiel, ce différentiel comportant un boitier, un axe monté sur Le boîtier et un pignon monté à chaque extrémité de c'axe, une. rondelle étant intercalée entre l'un des pignons et le boîtier ou entre chaque pignon et le boîtier. Dans ce cas, le dispositif de mesure comporte de préférence un bras muni à une extrémité de moyens de positionnement sur l'axe du différentiel, L'émetteur ultrasonore étant monté à cette extrémité du bras, un levier articulé sur Le bras, le cacteur ultrasonore étant monté à une extrémité de ce levier située du même coté que l'extrémité du bras comportant les moyens de positionnement, des moyens élastiques pour appliquer Le capte@r u@trason@re sur ledit émette@@ ultrasonore. Le procédé et le dispositiff de l'invention présentent ainsi de nombreux avantages. Ils permette@t de détecter la présence ou L'absence d'un organe avec un tes de réponse très court, -de l'ordre de quelques multisecondes. Des tests effectués sur un échantillor de pièces ont montré que le taux de réponse était exact à 100% sur cet échantillon. Le procédé et le dispositif sont compatibles avec un systène de test a@tomatique. L'électronique est simple et de faille encorrLnemert et présente une grande fiabilité. Er. outre, les cafteurs sont insensibles aux agents solvants utilises en automobile ce qui est particulièrement intéressant dars l'application préférentielle de l'invention à la détection d'une ron@elle dars un différentiel de véhicule automotile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donne à titre illustratif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, sur lesquelles - la figure 1 illustre un dispositif conforme à l'invention de contrôle de la présence d'une rondelle dans un différentiel, - la figure 2 est un schéma synoptique d'un dispositif de contrôle conforme à l'invention comportant une rampe de tension pour la mesure du temps de parcours de l'onde ultrasonore - la figure 3- est un autre schéma synoptique d'un dispositif de contrôle conforme à l'invention dans lequel les moyens pour la mesure du temps de parcours sont constitués par un échantillonneur, - La figure 4 représente une courbe de la réponse du capteur récepteur, - Les figures 5a, 5b, 5c représentent trois courbes donnant l'intensité du signal reçu par le récepteur ultrasonique dans trois cas possibles de présence ou d'absence d'une rondelle dans un ensemble mécanique. Sur la figure 1, la référence 2 désigne un boîtier de différentiel de véhicule automobile, représenté en section transversale, et réalisé par exemple en fonte. Un axe 4 est monté dans ce boîtier. Deux pignons 6 sont montés à chacune des extrémités de cet axe. Une rondelle 8 de matière synthétique est intercalée entre chacun des pignons 6 et le boîtier 2. Ces rondelles ont pour fonction de réduire les frottements entre chacun des pignons satellites et le boîtier et de rattraper le je des engrenages. Leu absence provoque rapidement une usure an@rmale du satellite sur l'arbre après la mise e service d différentiel. Le dispositif de mesure conforme à L'invention, représenté sur la figure 1, comporte un émetteur ultrasonore 1 et un récepteur ultrasonore 12. L'émetteur 1C est applique contre L'une des dents du pignon satellite 6. Un fluide de couplage, constitué par exemple par de l'huile, est disposé entre l'émetteur 10 et le pignon 6. Ce fluide de couplage-a pour but d'adapter les impédances acoustiques des divers mi lieux traversés en éliminant l'air des interfaces entre ces milieux. Il permet une transmission du signal ultrasonore avec le minimum d'énergie perdue parce que la continuité de la vitesse de transmission du signal entre les deux milieux est assurée. Le signal émis traverse successivement le pignon satellite 6, la rondelle 8, puis le bottier 2, avant d'être détecté par le récepteur ultrasonore 12, qui est par exemple constitué par une pastille piézoélectrique, De la meme manière que pour l'émetteur 10, un fluide de couplage, ayant La même fonction, est pévu entre le récepteur 12 et le boîtier 2. On a également représenté sur la figure 1 une pince qui permet d'appliquer rapidement l'émetteur et Le détecteur dans une position convenable sur un différentiel dans lequel on veut contrôler la présence d'une rondelle. Cette pince se compose d'un bras 100 de forme allongée présentant, à une extremité, des moyens qui permettent de le positionner sur l'axe 4 supportant les pignons du différentiel 6. Ces moyens de positionnement sont constitues par deux fourches en demi-lune dont le diamètre est eda@té au diamètre de l'axe 4.L'émetteur 10 est introduit dans ur- orifice cylindrique pratiqué dans l'une de ces fourches et maintenu en position par une vis 106 de manière à être appliqué co@rectement contre une dent quelconque du pignon 6. La pince comporte également un bras articulé 102 monté pivotant sur Le bras 10G. Le récepteur 12 est monté à l'une des extremités de ce bras et il est appliqué contre le carter 2 du différertiel par des moyens élastiques 104 constitués par exemple par un ressort hélicc@dal intercalé entre l'extrémité inférieure d ras 1. (e. considérant la figure 1) et l'extrémité du levier 102 opposée à celle qui porte le récepteur 12. Quatre cas sont théoriquement possibles : présence de La roncelle avec hile ; présence de la rondelle sans film d'nuile ; absence de le rondelle avec présence d'un film d'huile ; enfin absence de la rondelle et absence d'un film. d'huile. Toutefois, en raison des conditions de montage, la présence d'une rondelle sèche, c'est-à-dire sans film d'huile dans les interfaces avec le boîtier et le pignon satellite 6 est impossible. En effet, sur la chaîne d'assemblage, Les rondelles sont fournies à l'opérateur imprégnées d'un film d'huile. Le montage d'une rondelle sans huile est donc inconcevable. Il reste donc trois sclutions possibles présence d'une rondelle avec film d'huile ; absence de la rondelle avec et sans film d'huile. Dans le cas où le montage du différentiel a été correctement effectué, c'est-à-dire lorsque la rondelle 8 est présente, le temps nécessaire au transit d'une onde émise par L'émetteur 10 pour atteindre Le récepteur 12 est égal au temps qui lui est nécessaire pour traverser le pignon satellite 6, puis la rondelle 8 et enfin le boitier 2. T=t +t satellite rondelle boitier Selon le principe de base de l'invention, la présence (ou l'absence) de la rondelle 8 est déduite de la comparaison du temps de parcours mesure avec le temps de parcours nécessaire en cas de montage correct. L'onde émise sur le satellite est divisé en deux parties à son arrivée sur l'interface acier-plastique - une grande partie de l'énergie est réfléchie dans l'engrenage satellite, puis compte tenu de la forme de ce dernier, dispersée, - une faible partie de l'énergie est transmise dans la rondelle, c'est--dire environ 10 à 20, - l'onde ou se propageait dans l'acier, matériau dont est constitué le pignon stallite 6, à la vitesse de 6000 m par seconde, est brusquement ralentie lorscu'elle traverse l'interface entre la rondelle 8 et Le boîtier 2. Il y a également réflexion de l'onde sur cette rondelle, donc une perte d'une partie de son énergie. En traversant la rondelle 8, l'onde est également atténuée, étant donné que cette rondelle est réalisée en une matière synthétique qui amortit fortement l'onde aux fréquences utilisées. L'onde résiduelle se propage à travers le boitier 2 jusqu'au récepteur 12. Comme on l'a rappelé précédemment, la transmission de l'onde au travers de ces trois pièces s'effectue d'autant mieux que des films d'huile, présents dans chacune des interfaces, permettent d'adapter Les impédances acoustiques des milieux traversés. Lorsque la rondelle a été montée correctement dans le différentiel, Le temps de parcours T est donc égal à la valeur du temps qui est nécessaire pour effectuer un parcours dans Les trois milieux considérés, à savoir le satellite 6, La rondelle 8 et le boitier 2, compte tenu de la présence d'interfaces entre ces milieux. Ce signal présente une amplitude moyenne et -de nombreuses alternances représentant autant de réflexion sur les diverses parois des pièces. énergie est en effet difficilement transmise d'une pièce à l'autre en raison de la présence de la rondelle de matière synthétique. Elle est donc réfléchie plusieurs fois avant d'être transmise, chaque réflexion apportant, avec un retard, une quantité d'énergie qui se rajoute à la queue du signal directement transmis. Or 2 représenté sur la figure 2 un schéma synoptique d'un dispositif de mesure conforme à L'invention, comportant des moyens pour La mesure du temps de parcours d'une onde ultrasonore entre l'érnetteu 1C et le récepteur 12. Dans ce mode de réalisatior, les moyens pour mesurer le temps T sont constitués par une rance ce tension à perte fixe. Une horloge 14 déclenche une impulsio@ ou "pulse" d'émission a des intervalles de temps espacés régulièrement, par exemple à une fréquence de 100 Hz. L'onde ultrason@re, désignée par la référence 13, est reçue par le récepteur ultresoncre 12 et un signal analogique est délivré par ce récepteur à l'amplificateur analogique 16. Le signal amplifié est fourni à la gâchette 18. La rampe 20 est une rampe de tension à pente fixe. Pour la générer, on engendre une tension qui augmente de façon constante au moyen d'un circuit à amplific-ateur opérationnel et d'une bouche de réaction capacitive. L'horloge 14, simultanément au déclenchement d'un "pulse" d'émission, a également pour fonction de déclencher la rampe de tension. La gâchette 18 bloque la rampe en cours d'établissement afin de figer la tension correspondante et permettre de retrouver le temps d'arrivée grâce à La relation linéaire qui existe entre le temps et la tension.On compare le signal à un seuil et la gâchette bloque La tension lorsque le signal analogique délivré par Liampliticateur 16 a dépassé ce seuil. On en déduit le temps de parcours T de l'onde 13 entre l'émetteur 10 et le récepteur 12. Ce temps T est fourni à un premier comparacteur C et à un second comparateur C2. Dans le comparateur C1, Le temps T est comparé à un seuil T0 déterminé préalablement et inscrit dans la mémoire vive 20 au moyen du clavier 22. Si T est inférieur à Tg, on en déduit l'absence de rondelle. Le temps T est également comparé, dans un second comparateur C2, à un seuil prédéterminé supérieur T0' qui, comme le seuil inférieur T0, est entré dans la mémoire vive 20 au moyen du clavier 22. si T est supérieur à T'0, on en déduit également l'absence de rondelle. Dans le cas où T est supérieur à T0' ou inférieur à T0, des voyants lumineux 26 et 24 respectivement s'allument. Si, au contraire, T est compris entre T0 et T0', on en déduit a contrario que la rondelle est présente normalement. Or a représenté sur la figure 3 une variante de réalisation d'un dispositif de détection conforme à l'inventior, dans lequel les moyens pour mesurer le temps de parcours d'une onde ultrasonore sont constitués par un échantillonneur. De façon identique b ce qui 2 été décrit pour le mode de réalisation de la figure 2, l'horloge 14 a pour fonction de délivrer un "pulse" d'émission. Une onde ultrasonore 13 émise par l'émetteur 10 est reçue par le récepteur 12 et un signal analogique est transmis à l'amplificateur analogique 16. Le signal amplifié sortant de l'amplificateur 16 est fourni à un convertisseur analogique/digital 18 qui le transforme en une valeur numérique. Par ailleurs, L'horloge 14 a également pour fonction de déclencher le processus 'd'échantillonnage. La cadence d'échantillonnage est fe ; la période d'échantillonnage est T =1/f e e On a représenté sur la figure 4 la variation de la tension délivrée par l'amplificateur 16 en fonction du temps. A l'instant d'échantillonnage t=tE on numérise la E première valeur analogique V(O) a à t E +1/f , on numérise la e deuxième valeur analogique V2 et ainsi de suite. L'ensemble des valeurs V0, V1, etc., Vn est transféré à un calculateur 21 qui discrimine ces valeurs par rapport à un seuil de détection V . La référence 19 désigne la mémoire du s calculateur. Lorsque la valeur V(i) dépasse ce seuil, la gâchette bloque La rampe pour figer la tension. A l'instant d'échantillonnage (i+1) on relève la valeur figée V(i+1). L'instatn d'arrivée de l'écho est donc TE+(i+1).1/fe. Les temps de parcours réellement mesurés dans le cas du différentiel représenté sur la figure 1 ont été illustrés, dans trois cas differents, sur les figures 5a, 5b, 5c qui représentent les courbes des réponses obtenues dans ces différents cas. On a représenté sur la figure Sa La courbe de réponse obtenue dans un cas de montage correct de la rondelle. Comme on peut le constater, le temps de parcours de l'onde est de l'ordre de 55 s. En cas d'absence de rondelle, on distingue deux cas, selon que l'on se trouve en présence d'un film d'huile ou non. il conv-ent de remarquer que, du fait que la rondelle est lubrifiée préalablement, l'absence de rondelle s'accompagne le plus souvent de l'absence d'un film d'huile. Dans ce cas, on détectera une abscence totale de signal transmis, la réflexion sur la première interface, à savoir l'interface entre le pignon 6 et la rondelle 8, étant totale. On a représenté sur la figure 5c la forme du signal reçu dans ce cas. Cette forme est caractéristique de L'absence simultanée de rondelle et de film d'huile. Il se peut également qu'aucune rondelle n'ait été montée mais qu'un film d'huile soit toutefois présent entre le pignon et le boitier. Dans ce cas, la transmission de L'onde ultrasonore entre le satellite et le boîtier s'effectue avec une très faible déperdition d'énergie et une grande rapidité. Le temps de parcours est égal à la somme du temps de parcours dans le satellite et dans le boitier. il est donc inférieur au temps normalement nécessaire. L'amplitude du signal est importante en raison de l'absence de la rondelle qui en absorbe- une fraction importante. Ce signal est bref, il ne comporte que deux ou trois alternances de 1 à 2 microsecondes, étant donné que l'onde n'est pas réfléchie de multiples fois en raison de l'absence de la rondelle.Compte tenu des surfaces cylindriques ou sphériques des pièces métalliques (pignons), La dispersion des réflexions se fait très vite grâce à L'absence d'interfaces qui réfléchiraient une fraction importante des ondes. On a représenté sur la figure 5b la forme du signal reçu en cas d'absence de rondelle et de présence d'un film d'huile entre les pièces. Comme on peut le constater, le temps T 2 de transmission de l'onde est de l'ordre de 50 microsecondes, c'est-à-dire inférieur aL temps de transmission T mesuré dans le cas où une rondelle est présente (figure 5a). On remarque pa conséquent que la différence de temps de parcours entre le cas ou une rondelle a été correctement montée et le cas où cette rondelle n'a pas été montée est de l'ordre oe 5 microseconde. Pour effectuer un test de la présence de la rondelle, on détermine au préalable deux valeurs de référence, à savoir une ualeur supérieure T0' et une valeur de référence inférieure T, auxquelles on compare le temps de parcours de l'onde ultrasonore mesurée T. Les valeurs T et T' dépendent des caractéristiques O O des pièces faisant partie de l'assemblage mécanique, notamment de Leurs dimensions, de leurs matières et de leur forme géométrique. Elles doivent être déterminées en tenant compte des tolérances de fabrication sur les pièces. La valeur inférieure T doit être O suffisamment plus petite que le temps de parcours théorique et la valeur T' doit être suffisamment plus grande à ce même temps de o parcours théorique pour que, dans le cas où T est inférieur à T0 ou supérieur à T0', on ait la certitude que cette inégalité est due à l'absence de la rondelle, et non pas a une variation des tolérances de la pièce. Dans l'exemple de réalisation decrit on a posé T0=(T1-T2)/2+T2 et T0'=T0+ T. Avec les valeurs T1=55 s et T2=50 s, on obtient T=0=52,5 s. On pose T=2 s, ce qui donne T0'=54,5 s. Si le temps mesuré T est inférieur à la valeur inférieure prédéterminée Tg, on en déduit que la rondelle a été correctement montée ; si au contraire, ce temps T est supérieur à la valeur de référence supérieure Two, avec un signal d'amplitude important, on en déduit L'absence de rondelle avec présence d'un film d'huile. En cas d'absence de rondelle et de film d'huile, on obtient une valeur mesurée aberrante, supérieure dans tous les cas à T0'. Par conséquent, dans tous les cas, un temps mesuré supérieur à T0' implique l'absence de la rondelle. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection de-la présence d'un organe dans un ensemble mécanique, caractérisé en ce que - on applique un émetteur ultrasonore (10) à un endroit choisi de l'ensemble mécanique et un récepteur ultrasonore (12) à un autre endroit de cet ensemble, séparé du premier par un trajet traversant nécessairement l'organe (8) dont on veut contrôler la présence, - on émet une onde ultrasonore, - on mesure Le temps de parcours de l'onde ultrasonore entre l'émetteur (10) et le récepteur (12), - on compare ce temps mesuré (T) à au moins une valeur de consigne (T, T' ) prédéterminée, O on déduit la présence ou l'absence de l'organe de la valeur de la différence entre l'une au moins des valeurs de consigne (T @ T0') et la valeur mesurée (T). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine une valeur de référence supérieure T' et une O valeur de référence inférieure T0' - on compare la valeur mesurée T à T - on afficre ur signal indiquant l'absence de rondelle si T est inférieur à T0 ou supérieur à T0'. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que - on mesure le temps de parcours T d'une onde ultrasonore (13) entre l'émetteur ultrasonore (10) et le récepteur ultrasonore (12) avec présence d1une rondelle et d'un film d'huile, - on mesure le temps de parcours T2 d'une onde ultrasonore entre l'émetteur (10) et le récepteur (12) en l'absence de rondelle et avec présence d'un film d'huile, - on pose T0 = (T1 - T2)/2 + T2, - on pose T0' = T0 +#T,#T étant un intervalle de temps déterminé préalablement. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on mesure le temps de parcours T d'une onde ultrasonore (13) entre l'émetteur ultrasoonore (10) et le récepteur ultrasonore (12) au moyen d'une rampe de tension (20) à pente fixe, que l'on bloque au moyen d'une gâchette (18) lorsque le signal reçu par le récepteur ultrasonore (12) dépasse un seuil prédéterminé. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on mesure le temps de parcours T d'une onde ultrasonore (13) entre l'émetteur ultrasonore (10) et le récepteur (12) en échantillonnant avec une cadence d'échantillonnage f les valeurs successives V0, V1,..., Vn et en comparant ces valeures à un seuit prédétermine. 6. Dispositif de détection de la présence d'organe dans un ensemble mécanique, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure du temps réel T de parcours d'une onde ultrasonore émise par un émetteur ultrasonore, jusqu a un récepteur ultrasoncre (12) ; des moyens de traitement de la valeur mesurée T du temps de parcours réel pour déterminer l'absence ou la présence dudit organe (8). 7. Disposit f selon la revendication 6, caractérisé er ce que les moyens de traitement comprennent - une memcire dans laquelle sont inscrites une valeur prédéterminée supérieure T0' et une valeur prédéterminée inférieure T0, - un premier comnarateur (C ) pour comparer le temps de parcours mesuré T à la valeur prédéterminée inférieure T - un second comparateur (C ) pour comparer le temps de parcours 2 mesuré à la valeur prédéterminée supérieure T0', - des moyens d'affichage pour signaler L'absence de l'organe (8) si le temps de parcours mesuré T est supérieur à T' ou 0 inférieur à T 0 8.Dispositif de mesure selon la revendication 6 ou 7, pour la détection de la présence d'une rondelle (8) dans un différentiel, ce différentiel comportant un boîtier (2) un axe (4) monté sur le boitier (2) et au moins un pignon (6) monté à une extrémité de l'axe (4), et une rondelle (8) intercalée entre le pignon (6) au moins et le boîtier (2), caractérisé en ce qu'il comporte un bras (100) muni à une extrémité de moyens de positionnement sur l'axe (4) du différentiel, l'émetteur ultrasonore (10) étant monté à cette extrémité du bras (100) avec un dispositif permettant de positionner correctement l'émetteur, et un levier (102) articulé sur le bras (100), un récepteur ultrasonore (12) étant monté à une extrémité du levier articulé (102), et des moyens élastiques (104) pour appliquer le capteur ultrasonore (12) sur ledit bottier (2).