Brevet FR2611046A1 — publié le 19880819

Extensomètre pour machines à tester des matériaux L'invention concerne des extensomètres utilisés pour des machines à tester des matériaux. A la technique antérieure appartiennent des extensomètres de mesure de contrainte utilisant des bras reliés à un capteur à élément flexible étalonné en contrainte. Cependant, ces dispositifs ont en général besoin de forces de contact importantes avec le spécimen pour éliminer un glissement des bras provoqué par la force élastique de l'élément flexible. On a découvert qu'un extensomètre peut être muni de bras moins susceptibles de glisser (même sur des surfaces en céramique) et qui n'ont pas besoin d'une force normale élevée quand on utilise des capteurs sans contact (en particulier des capteurs capacitifs) pour détecter la distance entre les extrémités de contact des bras et en reliant de façon pivotante deux bras à proximité des centres de gravité de ces bras avec les composants du capteur fixés sur eux. Dans des modes de réalisation préférés, les bras sont reliés de façon pivotante à une monture qui est également supportée de façon pivotante (pour déterminer un contact régulier des bords en lame de couteau avec l'échantillon); les bras sont supportés en utilisant des vis de pivotement qui viennent en contact avec des plaques montées dans un passage traversant le bras et sont capables d'une légère déflexion, pour déterminer un montage pivotant ferme des bras même en cas de changement de la compression déterminée par les vis de pivotement; l'orientation des bords en lame de couteau l'un par rapport à l'autre est ajustée par quatre vis de réglage qui positionnent une vis de pivotement; les vis de pivotement sont vissées dans des inserts à pas de vis hélicoïdal recus dans des trous traversant la monture; la monture est supportée de façon pivotante par des bras qui sont sollicités par des ressorts (à force réglable) en direction de l'échantillon; des câbles à signaux reliés au capteur capacitif passent par les axes de pivotement des bras pour réduire la flexion du fil et la friction en résultant; la distance initiale entre les bords en lame 26 1 1046 -2 - de couteau ("longueur d'étalonnage") est réglée par des butées ajustables qui sont déplacées dans une position située au-dessus des extrémités des bras et proches des extrémités du capteur et des organes de retenue élastiques qui sont déplacés dans une position située au- dessous des extrémités des bras (ceci permet aux deux bras de se déplacer le long de l'axe longitudinal tout en conservant la longueur d'étalonnage) ; et l'ensemble du support de l'extensomètre est monté de façon à coulisser en direction de l'échantillon. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparattrst à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré non limitatif et des revendications. Ce mode de réalisation préféré va maintenant être décrit en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un bâti de charge a tester des matériaux selon l'invention; la figure 2 est une vue en perspective d'un extensomètre; la figure 3 est une vue en perspective du mécanisme d'ajustement de la longueur d'étalonnage de l'extensomètre de la figure 2; la figure 4 est une vue en perspective éclatée d'une monture pivotante destinée aux bras de l'extensomètre de la figure 2; la figure 5 est une vue en coupe verticale de la monture de L figure 4; la figure 6 est une vue en élévation latérale de la monture de la figure 4; la figure 7 est une vue en perspective éclatée du corps de connexion et des composants associés d'un bras de l'extensomètre de la figure 2. En ce qui concerne la structure et en se référant à la figure I, celle-ci montre un bâti de charge 10 pour tester des matériaux, comprenant des pieds 12, une table 14, des colonnes verticales 16, 17 s'étendant vers le haut à partir de la table 14, et une traverse l& entre les colonnes 16, 17. A la traverse 18 sont reliés une cellule de charge 20 et un élément de retenue ou mâchoire supérieure 22 destinée à maintenir l'extrémité supérieure d'un échantillon soumis à l'essai. Directement au-dessous et supportés par la table 14 sont prévus un. 26 1 1046 3 - palier hydrostatique 24, une tige d'actionnement26, et un élément de retenue ou mâchoire inférieure 28 destinée à maintenir l'extrémité inférieure d'un échantillon. Le dispositif d'actionnement 30 est supporté au-dessous de la table 14 et entraine la tige 26 qui traverse un trou de la table 14. Sur la colonne 16 est supporté un four à 1500 C 32 qui est monté de façon pivotante autour du pivot 34 de manière à pouvoir être déplacé de sa position d'attente montrée à la figure 1 vers une position de fonctionnement entre les mâchoires 22, 28. Le four 32 comprend un alésage central 36 destiné à recevoir l'échantillon allongé soumis à l'essai et deux passages horizontaux 38 conduisant vers l'alésage 36 et destinés à recevoir des doigts 112, 114 (figure 2) de l'extensomètre 42 supporté par la colonne 17. En se référant à la figure 2, celle-ci montre l'extensomètre 42 supporté sur la colonne 17. L'extensomètre 42 comprend deux bras 112, 114 constitués par des éléments pleins en alumine 113, 115 et des prolongements arrière creux en alumine 144, 146. Les éléments pleins 113, 115 présentent des extrémités de contact en lame de couteau 116, 118 qui viennent en contact avec l'échantillon en céramique 120 (montré en tiretés), et des ailettes de refroidissement à air 119. Les bras 112, 114 sont reliés de façon 'pivotante au niveau de leurs corps disposés centralement à la monture 122, qui est de son cSté supportée de façon pivotante par deux suspentes flexibles 124 supportées de façon pivotante à leurs extrémités supérieures par le support coulissant 126. Les suspentes 124 sont sollicitées élastiquement en direction de l'échantillon 120 par deux ressorts 127 montés entre le support 126 et le support 129, et sollicitant le support 129 en direction de l'avant. Aux extrémités éloignées des prolongements 144, 146 est prévu le capteur de déplacement capacitif 128 (disponible chez HiTec sous l'appellation commerciale HPB-75-4-5-12-m), permettant d'obtenir des mesures sans contact et à force nulle. Chaque câble à signaux 130 du capteur 128 passe respectivemert par la pince 131 fixée à son bras respectif de façon à pivoter avec ce dernier autour de son axe de rotation. Chaque bras 112, 114 est supporté de façon pivotante au centre de gravité de lui-même et du composant du capteur 128 qui est fixé sur lui. -4- Des logements verticaux et creux 132, 134 s'étendent vers le bas à partir du support coulissant 126 sur les c8tés opposés des bras 112, 114, contenant à l'intérieur des corps rotatifs 136, 138 qui sont sollicitésélastiquement respectivement vers le bas et vers le haut par des ressorts internes (non montrés). Le corps 136 supporte une fine. tige transversale 140 sortant par un passage en L 142 de manière que cette tige 140 puisse être amenée en tournant en position et hors de position directement au-dessus du prolongement arrière 146. Le corps 138 comprend de façon similaire deux éléments élastiques en saillie 145 s'étendant transversalement et traversant des fentes horizontales (non montrées) du logement 134 de manière à parvenir en tournant en position et hors de position au-dessous des prolongements 144, 146. Un dispositif de réglage micrométrique fileté 147 est monté sur une pince horizontale 148 fixée au logement 132. Les corps 136, 138 comprennent des boutons moletés 150, 151 faisant saillie du fond des logements 132, 134. A la surface supérieure du support coulissant 126 sont fixées des coulisses à queue d'aronde permettant un coulissement horizontal grossier et fin du support 126. A la surface supérieure du support 126 est directement fixée une selle de commande horizontale fine 152 comportant une piste femelle en queue d'aronde recevant de façon coulissante l'organe mâle de forme correspondante de la base 154. La base 154 est de son côté fermement fixée à la selle 156, reliée par concordance de formes à la base de réglage grossier 158, qui est fixée par une selle d'ajustement vertical conjuguée 160 et par la base 162 à la pince de support 164 montée sur la colonne verticale 17 du bâti de charge à essais 10. Le bouton 167 de la selle 152 détermine un mouvement horizontal fin de la selle 152 par rapport à la base 154, et le bouton 169 de la selle 160 détermine un ajustement vertical fin de la selle 160 par rapport à la base 162. La pince 164 fait fonction d'élément de montage; le support 126 et la monture 122 supportée par lui sont donc ainsi montés de façon coulissante par rapport à cette pince et il est prévu un mécanisme d'ajustement de position verticale (selle 160, base 162) entre la pince 164 et le support 126. En se référant aux figures 4 à 7, celles-ci montrent plus en -5 - détail le support de pivotement des bras 112, 114. En se référant à la figure 7, la tige en céramique 113 de l'extensomètre est reliée au prolongement tubulaire 144 par l'intermédiaire du corps 166. L'extrémité arrière de la tige 113 est reçue dans une extrémité contrealésée 168 du corps 166 et ajustée en rotation et fixée à l'intérieur par des vis de réglage 170 et une attache 172 extérieure à la tige. Le prolongement tubulaire 144 se dispose sur le tronçon 174 à l'autre extrémité du corps 166. A l'intérieur du trou traversant horizontal 176 (d'un diamètre interne de 5,55 + 0,00 - 0,02 mm) du corps 166 sont montés un élément d'écartement cylindrique à ajustage serré 180 ainsi que deux disques paliers flexibles à ajustage serré 182 (à raison d'un de chaque c8té du cylindre 180) comprenant des trous 184 recevant les extrémités pointues de vis de pivotement 186 (figure 4). L'élément d'écartement 180 a un diamètre interne de 4,0 mm et un diamètre externe de 5,55 + 0,05-0,00 mm à l'extérieur de ses cannelures horizontales rectilignes. Les disques paliers 182 sont réalisés à partir d'une feuille plate de calage-de 0,25 mm en acier inoxydable de Precision Brand Product (T302, laminée à froid, trempée à coeur, dureté RC d'environ 40/45) et ont un diamètre externe de 5,55 + 0,02-0,00 mm et un diamètre externe de 0,50 + 0,1 mm. Les disques paliers 182, appelés également plaques, sont suffisamment flexibles pour être capables d'une légère flexion et former un montage pivotant ferme pour les bras 112, 114 même en cas de changement de compression provoqué par les vis de pivotement 186. Le prolongement 144 (figure 7) est inséré dans l'ouverture 192 de la monture 122 (figure 4) pour obtenir la structure montrée à la figure 2. La pince à fil 131 comprend des plots 187 reçus dans des trous 189 constitués dans le corps 166 sur les côtés opposés du trou traversant 176. En se référant aux figures 4 à 6, les vis de pivotement 186 ont des extrémités coniques à angle de pointe aigu de 60' + 1' (R max 0,08 mm) avec une finition (pour obtenir une surface lisse) de 2 x 10-4 mm (8 micropouce) et comportent des filets d'un pas de M3 x 0,5. Les vis de pivotement 186 sont reçues par vissage dans des inserts à filet de vis hélicoïdal 188 montés dans des passages horizontaux 190 de la monture 122 qui conduisent aux ouvertures 192. Les inserts 188 des vis 2 6 1 1046 - 6 - de pivotement 186 sont maintenus en place par des vis de réglage 194 reçues dans des passages filetés 196. Il existe quatre vis de réglage 194 et quatre passages filetés 196 associés (à raison de deux de chaque c8té) à chaque vis de pivotement 186 (celle montrée sur le côté de droite et en haut à la figure 4) pour ajuster la position de cette vis de pivotement dans un plan horizontal de manière à ajuster la position du bras 112 dans ce plan par rapport au bras 114 situé au-dessous de façon qu'ils soient tous les deux alignés verticalement l'un par rapport à l'autre. La monture 122 est supportée de façon pivotante par des suspentes 124 au moyens d'axes de pivotement 198 passant par des trous 200 et présentant des extrémités pointues coniques à 45 . En fonctionnement, un échantillon de céramique 120 est chargé dans le bâti 10 en commençant par le faire passer par le passage 36 du four 32 quand il est dans la position d'attente montrée à la figure 1. Le four et l'échantillon (caâblé au moyen de jauges de contrainte, non montrées, en quatre emplacements autour de sa section centrale et en deux emplacements au-dessus et deux emplacements au-dessous de sa section centrale) sont basculés en position entre les mâchoires 22, 28. Les éléments élastiques en saillie 145 et la fine tige 140 sont tournés dans la position montrée à la figure 3, en retenant les prolongements arrière 144, 146 des doigts de pression 112, 114 entre la fine tige 140 et l'élément élastique inférieur 145 et entre le micromètre 147 et l'élément élastique supérieur 145. Le micromètre 147 est alors ajusté Jusqu'à ce que la longueur d'étalonnage désirée soit atteinte entre les bords en lame de couteau 116, 118. Les tiges 112, 114 de l'extensomètre sont alors déplacées horizontalement en position en poussant le support coulissant 126 en direction de l'échantillon 120 de manière que la selle 156 glisse par rapport à la base 158. Un ajustement horizontal fin est ensuite réalisé en utilisant le bouton 167 jusqu'à ce que les bords en lame de couteau 116, 118 viennent en contact avec l'échantillon 120. Les éléments élastiques en saillie 145, la fine tige 140 et le micromètre 147 sont alors retiréspour permettre aux bras 112, 114 de pivoter librement en réponse à des changements de longueur de l'échantillon 120. 26 11046 -7- Les bords en lame de couteau 116, 118 maintiennent fermement leurs positions sur les emplacements de l'échantillon 120 sans appliquer une force normale élevée et sans opposer de résistance à des modifications de longueur en raison de la nature sans contact et à force nulle du capteur capacitif 108 et du montage pivotant libre autour des centres de gravité. Du fait que le fil de câblage 130 passe par l'axe de pivotement du bras 112, il n'est plié que pendant le mouvement de ce bras 112 et on réduit ainsi les forces en rotation vers l'extérieur du bras. 26 1 1046 - 8 - REVENDICATIONS 1. Extensomètre pour mesurer les contraintes dans un spécimen, comprenant une monture (122), un premier bras (112) comprenant une extrémité de contact (116) pour venir en contact par friction avec une première partie d'une surface transversale dudit spécimen (120) de manière à se déplacer avec ladite partie et une extrémité éloignée, ledit premier bras (112) étant supporté de façon pivotante entre lesdites extrémités par ladite monture, un second bras (114) comprenant une extrémité de contact (118) pour venir en contact par friction avec une seconde partie de ladite surface transversale dudit spécimen (120) de manière à se déplacer avec ladite seconde partie et une extrémité éloignée, ledit second bras (114) étant supporté de façon pivotante entre lesdites extrémités par ladite monture, et un capteur sans contact (128) dont les composants sont reliés à l'un desdits bras ou auxdits bras (112, 114) dans une ou des parties qui se déplacent lorsque lesdites extrémités de contact (116, 118) se déplacent pour mesurer un changement de distance entre lesdites extrémités de contact, caractérisé en ce que lesdits bras (112, 114) sont montés de façon pivotante autour d'axes (186) au niveau des centres de gravité desdits bras plus lesdits composants du capteur fixés sur lesdits bras respectifs pour permettre auxdits bras de pivoter librement. 2. Extensomêtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit capteur sans contact (128) est constitué par un capteur capacitif fixé à ladite ou auxdites extrémités éloignées (144, 146). 3. Extensomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un support (126) et ledit support est lui-même supporté de façon pivotante par des suspentes (124) audit support (126). 4. Extensomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits bras (112, 114) sont reliés de façon pivotante à ladite monture (122) par des vis pointues (186) qui sont montées dans ladite monture et qui pénètrent dans des ouvertures (184) de plaques (182) montées sur lesdits bras, une plaque au moins étant associée à chacun desdits bras, lesdites plaques étant suffisamment flexibles pour être capablesd'une légère flexion pour déterminer un montage pivotant ferme des bras même -9- dans le cas de changements de compression déterminés par les vis pointues (186). 5. Extensomètre selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des vis de réglage d'ajustement opposées sur ladite monture et portant contre les c8tés opposés de ladite vis pointue (186) le long d'un axe perpendiculaire à celui de ladite vis pointue pour ajuster l'alignement de ladite vis pointue et de ce fait dudit bras. 6. Extensomètre selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites vis pointues (186) comportent des inserts (188) à pas de vis hélicoïdal à l'intérieur, reçus dans des trous (190) de ladite monture (10). 7. Extensomètre selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites suspentes (124) sont sollicitées élastiquement en direction dudit spécimen (120). 8. Extensomètre selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un fil à signaux électriques (130) fixé à un composant dudit capteur (128) et relié de manière à passer par les axes de pivotement du bras (112 ou 114) auquel ledit composant est fixé pour réduire les forces de rotation entratnant les bras vers l'extérieur. 9. Extensomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des première et seconde butées (140, 147) qui sont chacune amenées en position sur un côté (au-dessus ou au-dessous) de l'extrémité éloignée respective (144 ou 146) desdits premier et second bras (112, 114), et des premier et second éléments de retenue élastiques (145) qui sont amenés en position sur les c8tés opposés (au-dessus ou au- dessous) des extrémités éloignées (144, 146) desdits bras. 10. Extensomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ensemble de montage et en ce que ladite monture est montée de façon coulissante le long d'axes par rapport audit ensemble de montage en direction dudit échantillon (120). 11. Extensomètre selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un mécanisme d'ajustement de mouvement horizontal grossier (156, 158) et fin (152, 154, 167). 12. Extensomètre selon la revendication 10, caractérisé en ce - 10- qu'il comprend en outre un mécanisme d'ajustement de position verticale (160, 162, 169) entre ledit ensemble de montage et ladite monture.