Brevet FR2642166A1 — publié le 19900727

La présente invention a pour but d'assurer le relevé mécanique tridimensionnel des déformations élastiques d'une structure et la visualisation de ces déformations. Lorsqu'on désire connaître la déformation d'une structure sous une sollicitation donnée, on fixe celle-ci sur un montage rigide puis, à l'aide de capteurs de déplacement, on mesure la déformation suivant une direction de quelques points de la structure. Pour avoir la déformation de quelques points suivant trois directions, on arrive rapidement à une complication très grande du montage de mesure et à une durée de mise en oeuvre importante. De plus, la structure étant isolée sur un support rigide, son comportement peut être fortement perturbé. I1 reste enfin à analyser les chiffres relevés pour les traduire en déplacements relatifs, en écarts, en déplacements angulaires, etc. à l'aide de tracés manuels ou de consoles graphiques. Toutes ces opérations sont longues et ne concernent que quelques points de mesure. La présente invention a pour objet un dispositifpour le relevé mécanique des déformations élastiques d'une structure, ce dispositif pouvant être fixé au bras d'un robot et permettant - de mesurer, par contact, les déplacements de nombreux points d'une structure lorsqu'elle est mise sous contrainte; - de permettre l'analyse de cetté structure dans son contexte normal de fixation; - de calculer et de visualiser sur écran graphique les déformations sous contrainte de la structure. Le dispositif de relevé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte une armature reliée d'un côté à un support et portant de l'autre côté, par l'intermédiaire d'une chape articulée, un montage à la à la cardan sur lequel est fixée la tige de la pointe de mesure, un ressort de rappelde la chape, et au moins un capteur de rotation disposé sur un axe du montage à la cardan. On a décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation du dispositif de relevé selon l'invention, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La Figure 1 montre l'utilisation du dispositif de relevé; La Figure 2 est une vue en perspective schématique de ce dispositif; La Figure 3 est un schéma bloc montrant le montage du dispositif. A la Figure 1, on voit le dispositif de relevé selon l'invention qui est désigné au dessin d'une façon -générale par la référence 1 et peut être porté par d'un robot 3 pour faire des relevés sur une structure 4. Comme on le voit plus particulièrement à la Figure 2, le dispositif de relevé 1 comprend une armature 5 qui comporte une branche 5a fixée au bras 2 du robot, une branche 5b sur laquelle est articulée une chape 6, et une branche de liaison 5c; la branche centrale de la chape 6 est horizontale et son articulation par rapport à la branche 5b de l'armature est assurée par un palier 7 et par un capteur angulaire 8. Un ressort de traction 9 tend à faire pivoter la chape 6 dans le sens correspondant à son éloignement du bras de robot 2. La chape 6. porte un montage à la cardan 10 qui est monté pivotant par rapport à la chape 6 autour d'un premier axe horizontal matérialisé par un palier 11 et un capteur angulaire 12.Une tige 13 d'une pointe de mesure 14 peut elle-même pivoter par rapport au dispositif autour d'un second axe perpendiculaire au premier et matérialisé par un palier 15 et un capteur angulaire 16. Le centre de gravité de l'ensemble tige 13 et montage à la cardan 10 est situé au centre céométrique G de système. Une chaînette souple 17 ou un câble de rigidité très faible est reliée à la partie arrière de la tige 13 s'enroule sur un cabestan électrique t8 fixé sur la branche 5a de l'armature 5. Les trois capteurs de rotation 8, 12 et 16 sont à transformatct différentiel, de résolution infinie, capables de repérer les angles des éléments entre eux. Chaque capteur est ajustable angulairement sur son support pour en fixer avec précision le zéro. La connaissance des positions angulaires des trois capteurs dC rotation permet de déterminer les coordonnées exactes de la pointe de mesure 14. Le dispositif de relevé selon l'invention fixé au bras de robot t transforme le robot en un appareil à relever lts coordonnées de points avec une précision du millXnttre cS à relever les déplacements de ces mêmes points avec une précision du centième de millimètre. Le capteur angulaire 8 peut peut être supprimé et remplacé pJF un capteur de déplacement linéaire disposé à la place de la tige 13 et relié à sa partie sensible à lQ pointe 14 et par son corps à l'ensemble palier-capteur 15 et 16. Lors de l'utilisation du capteur, on prévoit un dispositif 19 permettant d'exercer à la demande un effort donné sur la structure 4 (voir Figure 3). Le dispositif de relevé 1 est sous la dépendance d'un conditionneur 20. Les signaux provenant des capteurs 8, 12 et 16 et du dispositif 19 sont envoyés à un convertisseur analogique/numérique 26 dont les sorties sont stockées en 21. Un ordinateur 22 associé à un logiciel d'exploitation permet à partir des données stockées en 21 d'indiquer en 23 les coordonnées de la structure, d'obtenir une sortie graphique en 24 et de visualiser sur un écran en 25 les déformées animées. Le robot portant le dispositif de relevage 1 est manoeuvré pour approcher la pointe 14 au contact d'une légère empreinte A à réalisée auparavant sur la structure 4 a analyser. Le cabestan 18 a été tiré pour bloquer le capteur en position proche du "zéro", pour lui permettre de fonctionner dans toute son étendue de mesure. L'opérateur relâche alors le cabestan après avoir immobilisé le robot. Ainsi la pointe de mesure appuie légèrement sur le point A. Les paramètres du robot et ceux du dispositif de relevé 1 permettent de calculer les coordonnées du point A. L'opérateur (ou le programme) actionne alors le dispositif d'application d'effort 19 dont la valeur est enregistrée pendant que la pointe 14 suit la tra jectoire du point A qui est également numérisée et enregistrée (sont enregistrées après numérisation, les valeurs des trois angles du dispositif de relevé; le logiciel 22 établit la trajectoire du point A pendant l'opération suivante). L'effort maximal étant atteint, l'opérateur attend le retour à zéro de l'effort puis, il recule légèrement le bras 2 du robot et actionne le cabestan 18. I1 dirige alorslapointe 14 du capteur sur un autre point B pour recommencer la même opération. De proche en proche, on relève ainsi tous les points de la structure pour réaliser un maillage aussi serré qu'on le désire. Pour chaque point de maillage, l'ordinateur a relevé la courbe de déplacement du point, courbe paramétrée en fonction de l'effort appliqué à l'élément de structure. A chaque valeur de ce paramètre effort, correspond un maillage représentant la déformée de la structure à cette charge. L'affichage à l'écran en 25 de ces positions successives permet de réaliser un dessin animé dont l'observation est très riche en renseignements sur les zones à corriger. Cette observation est facilitée par l'utilisation d'un changement de coordonnée qui permet de n'examiner que le déplacement relatif des points de l'élément testé. (On retranche du déplacement total, le déplacement d'entraînement relevé à la frontière de l'élément observé avec la structure qui le supporte). Cette invention permet d'utiliser tous les traitements existants, de résultat de calcul par éléments finis (sortie sur table traçante de n'importe quelle section et de sa déformée). Les paramètres relevés par le capteur tridimensionnel sont exploités dans un dispositif de traitement et de visualisation schématisés par la Figure 3 et composés d'éléments connus en eux-mêmes. I1 est possible d'utiliser le maillage construit comme base de calcul, à l'aide des programmes de calcul par éléments finis, pour faire varier les épaisseurs des constituants et examiner leurs influences. Enfin, le moyen de mesure réalisé peut être utilisé pour l'examen des structures automobiles après déformations dûes à des chocs. I1 suffit avant l'essai de coller sur les éléments résistants (brancard, ber ceau, etc.) des repères dont la position dans l'es- pace sera relevée avant et après l'essai; la référence des trois points non déformés permet à l'ordi- nateur de recaler entre eux les deux maillages relevés. Il va de soi que la présente invention ne doit pas être considérée comme limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. Revendications 1. Dispositif pour le relevé mécanique des déformations d'une structure, caractérisé en ce qu'il comporte une armature (5) reliée d'un côté au bras (2) d'un trusquin ou d'un robot et portant de l'autre côté, par l'intermédiaire d'une chape articulée (6), un montage à la cardan (10) sur lequel est fixée la tige (13) de la pointe de mesure (14), un ressort de rappel (9) de la chape (6), et au moins un capteur de rotation (12-16) disposé sur un axe du montage à la cardan 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par un lien (17) reliant la tige (13) de la pointe de mesure (14) à un cabestan électrique (18) porté par l'armature (5). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chape articulée (6) porte deux capteurs angulaires (8 et 12) mesurant respectivement la rotation autour d'un axe horizontal de la chape articulée (6) par rapport à l'armature (5) et la rotation autour d'un axe horizontal du montage à la cardan (10) par rapport à la chape articulée (6). 4. Dispositif selon l'une des revendications I à 3, caractérisé en ce que le montage à la cardan (10) comporte un capteur angulaire (16) mesurant la rotation autour d'un axe vertical de la tige (13) du capteur par rapport au montage à la cardan (10).