Brevet FR2626514A1 — publié le 19890804

La présente invention concerne une clé dynamométrique dans laquelle la mesure du moment de serrage ou de desserrage est faite par des jauges d'extensométrie. Une clé dynamométrique comporte une tête sur laquelle s'exerce le moment de serrage/desserrage a mesurer, et un bras sur lequel on applique la force qui engendre ce moment. En disposant d'une manière appropriée des jauges d'extensométrie sur la tête ou le bras d'une clé dynamométrique et en connectant électriquement entre elles ces jauges selon un pont de mesure, on peut obtenir un signal électrique qui est fonction du moment on de la force a mesurer. Toutefois, si les jauges sont disposées sur la tette de la clé de manière à être sensibles a la torsion exercée lors du serrage ou du desserrage, la mesure est faussée par des contraintes parasites de flexion. De même, si les jauges sont disposées sur le bras de la clé de manière ê être sensibles a la flexion exercée sur le bras lors du serrage ou du desserrage, la mesure est faussée par des contraintes parasites de flexion. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients ci-dessus en créant une clé dynamométrique b jauges d'extensométrie qui permette d'obtenir une mesure du moment de serrage ou de desserrage insensible aux contraintes parasites. Suivant l'invention, la clé dynamométrique qui comprend un bras et une te te est caractérisée en ce que le bras ou la tete porte des jauges d'extensométrie formant deux ponts de mesure, l'un étant sensible principalement à la flexion et l'autre principalement a la torsion, ces ponts de mesure étant connectés de telle sorte que le signal engendré par l'un des ponts soit corrigé par le signal engendré par le second pont de faqon ê obtenir un signal rigoureusement proportionnel a la flexion ou à la torsion mesurée. Selon une version préférée de l'invention, la clé dynamométrique destinée a effectuer la mesure des moments par flexion de son bras est caractérisée en ce qu'elle comporte deux ponts de jauges indépendants l'un de l'autre, l'un mesurant le moment flichissant en un point connu du bras, l'autre mesurant la différence des deux moments fléchissants entre deux points connus du bras, cette clé étant associée à un organe de calcul qui, i chaque opération, calcule le moment å mesurer en fonction des positions de ces jauges, connues par construction,et des signaux délivrés par les deux ponts de jauges On a trouvé en effet que le fait de disposer de deux ponts indépendants l'un de l'autre, l'un mesurant un moment fléchissant, l'autre une différence de moments fléchissants, en des points connus du bras, permet par un calcul simple, de trouver la valeur du moment à mesurer, et ce sans connaitre ni la force, ni la position de son point d'application sur le bras. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donnes à titre d'exemples non limitatifs - La figure 1 est la représentation schématique d'une clé dynamométrique, et des efforts -forces et momentsauxquels elle est soumise - les figures 2 et 3 représentent une réalisation de mesure par jauges placées sur. la texte de la clé, la figure 2 montrant la disposition des jauges sur la tête et la figure 9 le schéma de connexion électrique de ces jauges, - les figures 4, 5 et 6 représentent une réalisation de mesure par jauges placées sur le bras de la clé, la figure 4 montrant le schéma des forces et moments, la figure 5 la disposition des jauges sur le bras et la figure 6 le schéma de connexion électrique de ces jauges, - les figures 7, 8 9 et 10 représentent une réalisation prèférée de l'invention, la figure 7 montrant le schéma des forces et moments, la figure 8 la disposition des jauges sur la clé, la figure 9 le schéma de connexion électrique des jauges et la figure 10 une vue en perspective de la clé complète. Une clé dynamométrique comprend, comme le montre la figure 1, une tête OA de longueur e destinée à être appliquée en A à la la pièce a serrer ou desserrer, et un bras OB de longueur d perpendiculaire à la tête OA sur lequel on applique une force F. Le moment à mesurer est le moment résistant MR. Cette mesure peut être faite directement sur la tête OA qui est soumise a une torsion par ce moment. Pour cela on place sur la surface de la tête OA un pont de jauges d'extensométrie orientées à #45 par rapport à l'axe longitudinal de cette poutre, orientations correspondant à celles des contraintes de torsion. Ce pont de jauges. est associé à un circuit électrique qui engendre un signal qui est fonction du moment résistant. Cette mesure peut aussi être faite sur le bras OB, qui est soumis à une flexion par la force F. Pour cela on place, sur une face perpendiculaire à la force F, un pont de jauges d'extensométrie orientées parallèlement et perpendiculairement à l'axe longitudinal de cette poutre, orientations correspondant a celles des contraintes de flexion. Mais, dans les deux cas, la mesure est entachée d'erreurs dues à des composantes parasites dans les signaux délivrés par les ponts de jauges. En effet, la tête OA et le bras OB sont soumis non seulement aux effets de la force F et du couple MR mesurer, mais aussi a des forces et moments parasites inévitables - moment Fe, dû à la distance e entre le bras OB et le point A où la tête OA est appliquée à la pièce i serrer ou desserrer. Ce moment engendre dans la tête Oh une flexion. - efforts autres que F, exercés par l'opérateur sur le bras OB, et variables selon la façon dont il saisit la poignée de la clé et agit sur elle t il y a en particulier un moment parasite MF', qui engendre dans la tête OA une flexion et dans le bras OB une torsion. Pour trouver la vraie valeur du moment à mesurer, il faut donc corriger en conséquence les signaux délivrés par le pont de jauges, car il subit aussi ces contraintes parasites. La demanderesse propose les solutions suivantes La solution n 1 illustrée par les figures 2 et 3 concerne la mesure du moment par torsion de la tête OA. Le pont de jauges R1, R2, R3, R4, orientées à #45 , est principalement sensible à la torsion et donc au moment MR. Mais il subit aussi l'effet parasite des contraintes de flexion de la tête OA. On place donc à côté de ce pont, deux jauges supplémentaires R5 et R6 : la jauge R5 étant sensible à l'allongement/compression selon l'axe de QA et la Jauge R6 étant sensible 9 la déformation perpendiculaire (déformation de Poisson). Sur le schéma électrique représenté sur la figure 3, V désigne la tension d'alimentation et S le signal électrique délivré par le pont de jauges. Le signal délivré par ces deux jauges R5 et R6 supplémentaires, proportionnel aux contraintes parasites de flexion, est réinjecté dans le pont principal R1, R2, R3, R4 avec un signe opposé (# signal) à celui de l'erreur de ce pont constatée a l'étalonnage de la clé. Une résistance R@ placée entre les jauges RE et R6 permet de calibrer l'intensité du signal réinjecté, de façon à annuler cette erreur A titre de variante, le signal précité peut être mesuré et exploité par calcul au moyen d'un microprocesseur. Pour que la correction soit faite au mieux, il convient de placer les jauges supplémentaires R5, R6 sur la même face de la tête OA que le pont R, R2, R3, R4, et à proximité immédiate de celui-ci La solution n 2 illustrée par les figures 4, 5 et 6 concerne la mesure du moment par flexion du bras OB. En un point C de ce bras OB, situé à une distance d@ de B et d2 de O, sur une face perpendiculaire à la force où s'exerce la contrainte d'allongement/compression, on place un pont de jauges R'1, R'2, t'3, R'4, les jauges R'l et R'3 étant orientées selon l'axe longitudinal du bras et les jauges R'2, R'4 étant orientées perpendiculairement. Ce pont est principalement sensible au moment fléchissant Fdi qu'il mesure. On peut alors facilement calculer si di et dz sont-connus : = F (d1 + d2) Mais ce pont subit aussi 'effet parasite des contraintes de torsion résultant des moments Fe et MF,. On place donc, à côté du pont R'1, R'2, '3, R'4, deux jauges supplémentaires R'5 et R'6, orientées à t450 par rapport à l'axe longitudinal du bras Ob, sensibles aux contraintes de torsion. Le signal délivré par ces deux jauges supplémentaires R'5, R'6, proportionnel aux contraintes parasites de torsion, est réinjecté dans le pont principal R'1, R'2, R'3, R'4 avec un signe opposé (# signal) à celui de l'erreur de ce pont constatée à l'étalonnage de la clé. Comme dans la solution n 1, la résistance Rc placée entre R'5 et R'6 permet de calibrer l'intensité du signal réinjecté, de façon à annuler cette erreur. Comme indiqué précédemment, le signal précité peut être mesure et exploité par calcul au moyen d'un microprocesseur. Pour que la correction soit faite au mieux il convient de placer les jauges supplémentaires R'5, R'6 sur la même face du bras 03 que le pont R'l, R'2, R'3, R'4, et à proximité immédiate de celui-ci. Mais surtout, dans le second cas (solution n 2), concernant la mesure du moment par flexion du bras OH, il existe en outre une cause d'erreur importante: en effet, on ne connaît pas exactement le point d'application de la force F - donc la distance di du moment Fdi - car cela dépend de la façon dont l'opérateur saisit la poignée et agit. Cette erreur entache directement la mesure du moment, puisque et en pratique elle est plus importante encore que celles dues aux contraintes parasites Fe et MF,. Dans la version préférée de l'invention, la mesure du moment se fait sur le bras OB, en métal élastique. Ce bras OB est équipé (voir figure 8), sur une face perpendiculaire à la force, de deux ponts de jauges indépendants l'un de l'autre, à savoir - un pont de jauges R'1, R'2, R'3, R'4, implanté en un point C, et dont les jauges R'1 et R'3 sont parallèles et les jauges R'2 et R'4 perpendiculaires i l'axe longitudinal du bras OB.Ce pont est principalement sensible au moment fléchissant Mc en ce point C, à savoir : F (d1 + d2) = M0, (d1 + d2) étant égal à la distance entre C et le point d'application de la force F (voir figure 7) - un pont de jauges R7, Rg, R9, R10 parallèles i l'axe longitudinal du bras OB, dont les jauges R7 et R9 sont implantées en un point D distant de di du point d'application de la force F et les jauges R8 et R10 implantées au point C ; ce pont est principalement sensible a la différence des moments fléchissants en C et D, à savoir : Fd2 = # MCD. Le moment à mesurer est égal à F (d1 + d2 + d3). Les distances d2 et da sont connues par construction (points C et D). Mais di n'est pas connu avec précision, car il varie à chaque opération La farce F est aussi inconnue. Il est facile de calculer à partir de la mesure de # MCD @ d'où le moment à mesurer En toute rigueur, le pont R'1, R'2, R'3, R'4 et les jauges R8 et R10 du pont R7. R8, R9, R10 ne sont pas placés au même point géomêtrique C. Si C est la position du pont R'1, R'2, R'3, R'4, et C' celle des jauges R8, R10, on peut aussi faire le calcul avec d2 = DC ; da = CC' r d4 = C'O.Les trois distances d2, w d3, d4 sont connues par construction. Le pont R'1, R'2, R'3, R'4 mesure F(d1 + d2). Le pont R7, R8, R9, R10 mesure F(d2 + d3). Le calcul pour obtenir F(d1 + d3 + d4) = MR est équivalent au calcul précédent. La clé peut être munie ou peut être raccordée i un organe de calcul MP tel qu'un microprocesseur qui, à partir de d: et d3 connus par construction, et de Mc et # MCD mesurés par les deux ponts précités calcule à chaque opération le moment Mi, et peut aussi, si on le désire, ltafficher sur un dispositif d'affichage électronique. Pour augmenter autant que possible la précision relative de la mesure de Mi, il y a intérêt à choisir de façon adéquate les positions C, C', D des jauges. Etant donné que il est avantageux : - de placer le pont R'1, R'2, R'3, R'4 mesurant MC plutôt à proximité de O(d1 + d2 grand) - de placer les jauges des ponts R7, R8, R9, R10 mesurant # MCD plutôt distantes les unes des autres (d2 grand). Si l'étalonnage de la clé montre que les contraintes parasites de torsion qui s'exercent sur le bras OH engendrent, sur la mesure de MC, des erreurs encore non négligeables, il reste toujours possible de les corriger par l'adjonction de deux jauges R'5, R'6 (voir figure 9) sensibles à la torsion du bras, disposées à 45 de part et d'autre de l'axe longitudinal de celui-ci, comme exposé plus haut (voir solution n 2). Bien entendu, la réalisation décrite ci-dessus n'est qu'un exemple. D'autres sont possibles, selon le même principe, avec notamment des dispositions différentes dans les positions des diverses jauges les unes par rapport aux autres toutes sur une même face du bras, réparties sur deux faces opposées, positions relatives de C, c' et D, etc REVENDICATIONS l. Clé dynamométrique comprenant une tête (OA) et un bras (OB), caractérisée en ce que la tête (OA) ou le bras (OB) porte des jauges d'extensométrie (R1, ... R8 ; R'1 ... R'6) formant deux ponts de mesure, l'un étant sensible principalement à la flexion et l'autre principalement à la torsion, ces ponts de mesure étant connectés de telle sorte que le signal (S) engendré par l'un des ponts soit corrigé par le signal engendré par le second pont de façon à obtenir un signal rigoureusement proportionnel à la flexion ou à la torsion mesurée. 2. Clé dynamométrique conforme à la revendication 1, dans laquelle les jauges sont portées par la tête de la clé, caractérisée en ce qu'elle comprend une première série de jauges (R1, R2, R3, R4) sensibles principalement à la torsion, disposées à + 450 de l'axe de la tête et une seconde série de jauges (Rn, R6) sensibles à la flexion, Itune étant parallèle et l'autre perpendiculaire à l'exe de la tete. 3. Clé dynamométrique conforme à la revendication 1, dans laquelle les jauges sont portées par le bras de la clé, caractérisée en ce qu'elle comprend une première série de jauges (R'1, R'2, R'3, R'4) sensibles principalement à la flexion, deux jauges étant perpendiculaires et deux jauges étant parallèles à l'axe du bras et une seconde série de jauges (R'5, R'6) sensibles principalement a la torsion et disposées à # 450 de l'axe du bras. 4. Clé dynamométrique conforme à la revendication 1, équipée de jauges d'extensométrie placées sur le bras (OB) de la clé, caractérisée en ce qu'elle comporte deux ponts de jauges (R'1, R'2, R'3, R'4 ; R7, R8, R9, R10) indépendants l'un de l'autre, l'un (R'1, ... R'4) mesurent le moment fléchissant (MC) en un point connu (C) du bras, l'autre (R7,... R10) mesurant la différence (# MCD) des deux moments fléchissants entre deux points (C, D) connus du bras, cette clé étant associée à un organe de calcul (MP) qui, à chaque opération, calcule le moment à mesurer en fonction des positions de ces jauges, connues par construction, et des signaux délivrés par les deux ponts de jauges. 5. Clé dynamométrique conforme à la revendication 4, caractérisée en ce que le pont (R'1, R'2, R'3, R'4) mesurant le moment fléchissant (Mo) est placé i proximité de l'extrémité (O) du bras portant la tête (OA) de la clé, et les jauges (R7, RS, R9, R10) du pont mesurant la différence (# MCD) de deux moments fléchissants sont placées à proximité des deux extrémités (O, B) du bras. 6. Clé dynamométrique conforme i la revendication 4, caractérisée en ce que le pont de jauges (R'1, R'2, R'3, R'4) mesurant le moment fléchissant (MC) en un point connu (C) du bras, est complété par des jauges sensibles a la torsion du bras, jauges dont le signal électrique est réinjecté dans celui du pont (R'l, ... R'4) avec un sens et une intensité réglés de façon i corriger l'effet sur le pont des contraintes qu'engendrent dans le bras les efforts parasites autres que le moment i mesurer. 7. Clé dynamométrique conforme à la revendication 4, caractérisée en ce que le pont de jauges (R'l, R'2, R'3, R'4) mesurant le moment fléchissant (Mc) en un point connu (C) du bras, est complété par des jauges sensibles à la torsion du bras, jauges dont le signal électrique est mesuré et exploité par calcul au moyen d'un microprocesseur. 8. Clé dynamométrique conforme à la revendication 4, caractérisée en ce que l'organe de calcul (MP) du moment à mesurer est associé à des moyens pour afficher électroniquement le résultat obtenu. 9. Clé dynamométrique conforme b l1une des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que le pont de jauges mesurant le moment fléchissant (MC) comprend deux jauges (R'1, R'3) parallèles i la longueur du bras tOB) et deux jauges (R'2, R'4) perpendiculaires i la longueur de ce bras. 10. Clé dynamométrique conforme à l'une des revendications 4 i 9 9, caractérisée en ce que le pont de jauges mesurant la différence (# MCD) des momente fléchissants entre deux points (C, D) du bras (OB), comprend deux jauges 188, R10) parallèles au bras, situées au point (C) et deux jauges (R7, R9) parallèles au bras et situées au point (D). 11. Clé dynamométrique conforme à l'une des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que les jauges sensibles à la torsion du bras comprennent deux jauges (R'5, R'6) disposées à # 45 de l'axe longitudinal du bras (OB)