Brevet FR2660916A1 — publié le 19911018

DISPOSITIF ET PROCEDE DE MESURE SUR UN MOYEN DE LEVAGE, TEL QU'UN CABLE DE LEVAGE POUR DISPOSITIF DE LEVAGE. L'invention se rapporte à un dispositif et à un procédé de mesure sur un moyen de levage, en particulier un câble de levage sous charge pour des dispositifs de levage. Le brevet DE-OS 21 15 587 décrit un dispositif de mesure pour déterminer la déviation du câble d'un système de chargement, en particulier pour un fonctionnement en chargement automatique La déviation du câble est détectée dans les directions de déplacement du système de chargement et du chariot Le système de chargement se compose pour l'essentiel d'un dispositif de levage mobile, qui est relié par l'intermédiaire de plusieurs câbles de levage à un dispositif de préhension d'un conteneur Le dispositif de mesure est disposé à une extrémité du câble sur le système de levage et se compose principalement de deux barrettes supportées sur des axes écartés de 90 du type cardan, qui entourent avec un anneau le câble de levage vertical Une déviation du câble provoque un mouvement d'oscillation des axes formant cardan Le mouvement d'oscillation est capté par l'intermédiaire de segments dentés de potentiomètres Les potentiomètres sont reliés à un dispositif de traitement des signaux pour déterminer la déviation du câble. Ce dispositif de mesure s'avère désavantageux, car la précision de la détermination de la déviation du câble seulement par le défaut de linéarité des potentiomètres est insuffisante pour une utilisation avec par exemple des commandes de compensation des oscillations. En outre, on connaît dans l'industrie des dispositifs de mesure fonctionnant selon le principe de mesure décrit ci-dessus, qui sont disposés sur un câble de mesure tendu en complément des câbles de levage Le câble de mesure est maintenu sous tension par un moteur d'arrêt Les moyens mis en oeuvre pour construire le dispositif de mesure sont accrus de manière désavantageuse par le câble de mesure supplémentaire en liaison avec le moteur d'arrêt. L'objet de l'invention est de réaliser un dispositif de mesure et d'indiquer un procédé de mesure qui fournissent, avec des moyens simples et une grande précision, des valeurs de mesure exploitables aussi bien pour la détection et la détermination d'une part, des forces exercées sur le moyen de levage, en particulier sur un câble de levage, y compris le poids, d'autre part de la charge qui s'y trouve et de l'angle d'oscillation du moyen de levage, que comme indicateur de valeurs mesurées par une commande de compensation d'oscillations. Cet objet est atteint selon l'invention par un dispositif de mesure pour un moyen de levage, en particulier un câble de levage sous charge pour des dispositifs de levage, par le fait que sur un élément portant disposé sur un dispositif de levage, au moins deux transducteurs de force sont fixés chacun sur une articulation portante, et les extrémités libres des transducteurs de force sont reliées entre elles par une articulation commune, le moyen de levage étant en prise sur l'articulation et les transducteurs de force étant raccordés, pour la transmission des signaux de mesure proportionnels à la force, à un dispositif de traitement des signaux. L'invention propose de même un procédé de mesure qui se caractérise en ce que la tension du câble exercée sur une articulation et dirigée vers un élément porteur est mesurée par au moins deux transducteurs de force et en ce que par un traitement du signal à partir des signaux de mesure proportionnels à la force des transducteurs de force et à partir de la disposition géométrique fixe des transducteurs de force l'un par rapport à l'autre, on détermine l'angle d'oscillation du moyen de levage ainsi, le cas échéant, que la tension du câble et le poids. Selon l'invention, avec la disposition géométrique spéciale et la suspension des transducteurs de force, le dispositif de mesure considéré permet d'obtenir une transmission sélective des composantes unidimensionnelles à mesurer de la tension du câble Ainsi, les transducteurs de force, conçus de préférence comme des dynamomètres de traction avec des jauges extensométriques, ne sont chargés que dans leur sens de sollicitation et donnent des valeurs de mesure précises L'utilisation de deux transducteurs permet une détermination de l'angle d'oscillation dans une surface définie par les droites pouvant être tracées dans le sens de sollicitation. Dans les grues par exemple, la charge suspendue se balance du fait du déplacement de la grue et du déplacement du chariot sur une trajectoire à peu près elliptique en fonction en outre de la longueur du câble. La détermination de la position du câble est possible avec un dispositif de levage selon l'invention avec au moins trois transducteurs Le dispositif de traitement des signaux détermine alors chaque fois, l'angle d'oscillation dans le sens par exemple du déplacement du chariot et de la grue Cette disposition symétrique en rotation des transducteurs autour d'un axe vertical passant par le centre des oscillations du câble de levage s'est avérée avantageuse Une limitation de l'angle d'oscillation à mesurer à la valeur de l'angle entre les droites du sens de sollicitation et l'axe vertical garantit un chargement des transducteurs dans le sens de la traction seulement. Le procédé de mesure par la décomposition de la force du câble en au moins deux composantes de force et leur mesure, ainsi que par l'évaluation de la disposition géométrique et du rapport des composantes de force, permet d'obtenir une détermination de l'angle d'oscillation d'un câble de levage avec une grande précision La précision de la détermination de l'angle d'oscillation permet l'utilisation de ce procédé de mesure et du dispositif de mesure comme unité d'indication de l'angle pour des commandes de compensation de l'oscillation dans les grues automatiques La conception du traitement des signaux avec une unité de calcul réalisée de préférence sous forme de microprocesseur présente l'avantage que la force du câble peut en outre être déterminée à partir de l'angle d'oscillation et des composantes de la force La tension du câble déterminée est alors utilisable comme grandeur d'entrée pour des systèmes de sécurité contre la surcharge de dispositifs de levage A partir de la combinaison de la tension du câble déterminée et de l'angle d'oscillation, il est facile de déterminer le poids d'une charge suspendue en oscillation. Lors du levage de charges, la traction oblique doit être évitée, car la charge libérée effectue ensuite un mouvement d'oscillation incontrôlé, qui met en danger les personnes et le matériel Avec un système de mesure selon l'invention, qui détecte la force de traction et l'angle de déviation, le levage oblique de charges peut être identifié et empêché. Le procédé de mesure et le dispositif de mesure offrent donc par la détermination sélective de l'angle d'oscillation, de la tension du câble et du poids dans une unité de mesure, ainsi que par la possibilité d'utilisation comme transducteur pour des commandes de compensation de l'oscillation, de grands avantages pour une construction économique et compacte. Le brevet DE 26 39 762 C 3 décrit certes un dispositif de mesure de charge pour des appareils de levage avec un dynamomètre de traction disposé sur le trajet du câble de levage, mais il n'offre pas la possibilité de déterminer l'angle d'oscillation du câble de levage En outre, l'indication de charge pour une charge oscillante est entachée d'erreur. Des modes de réalisation de l'invention comportant deux et trois transducteurs de force seront décrits à présent en regard des dessins dans lesquels: la figure 1 est une vue latérale du dispositif de mesure avec deux transducteurs de force; la figure 2 est un schéma des connexions du dispositif de traitement des signaux; la figure 3 montre une vue latérale schématique du dispositif de mesure avec les forces indiquées; et la figure 4 est une vue schématique du dispositif de mesure avec trois transducteurs de force. La figure 1 représente un dispositif de mesure sur un câble de levage 10 avec deux transducteurs de force 1 Ces transducteurs de force sont chacun reliés à une extrémité 2, par l'intermédiaire d'une articulation portante 4, avec un élément portant 5 Celui-ci peut faire partie d'un chariot de grue ou d'une grue non représentés, sur lesquels l'extrémité du câble 10 d'un moyen de levage représenté sous forme de moufle, est en prise par l'intermédiaire du dispositif de mesure Les articulations portantes 4 sont réalisées sous forme de raccords boulonnés Un axe d'articulation 6 relie chacune des deux éclisses 7 solidaires de l'élément portant 5 avec les extrémités supérieures 2 arrondies des transducteurs de force 1 qui sont percées de trous Les extrémités inférieures 3 des transducteurs de force 1 sont réunies par l'intermédiaire d'autres articulations de liaison 11 constituées par des raccords boulonnés sur un corps de liaison 8 Ce dernier est relié, par une extrémité qui est éloignée de l'élément portant 5 et par l'intermédiaire d'une autre articulation 9, avec le câble de levage 10. Le sens de sollicitation des transducteurs de force 1 qui sont constitués par des dynamomètres de traction est orienté selon des droites g Les transducteurs 1 sont disposés de telle sorte que les droites se coupent en un centre des oscillations M 1 de l'articulation 9 En outre, la position des transducteurs 1 peut être repérée car les angles b 1 et b 2 que font les droites g avec un axe vertical v passant par le centre des oscillations M 1. L'angle d'oscillation a désigne la déviation du câble de levage 10 mesurée à partir de l'axe vertical v. La figure 2 représente le schéma de connexions du traitement des signaux du dispositif de mesure Les transducteurs de force 1 sous forme de dynamomètres de traction produisent dans leurs jauges extensométriques la une tension électrique proportionnelle à la force, qui est amplifiée par des amplificateurs électroniques 12 et transmise à un circuit de balayage et de blocage 13 Une unité de calcul 14 réalisée sous la forme d'un microprocesseur commande entre autres le moment de balayage et une émission consécutive en série des signaux de tension enregistrés vers un convertisseur analogique- numérique 15 suivant Celui-ci produit une valeur numérique des signaux de force mesurés pour le traitement arithmétique par l'unité de calcul 14 A l'aide de rapports de la mécanique technique connus en général, l'unité de calcul détermine l'angle d'oscillation a, la fforce s'exerçant sur le câble S et le poids F Selon le cas d'utilisation, ces valeurs peuvent être utilisées par exemple pour une indication du poids de la charge ou comme grandeurs d'entrée pour une commande de compensation des oscillations. La démarche de calcul de l'unité de calcul qui est constituée par un microprocesseur 13 est expliquée à l'aide de la figure 3 La force S est représentée dans un triangle de forces fermé, ainsi que ses composantes K 1 et K 2 mesurées par les transducteurs 1 le long de leurs lignes d'action Les trois forces S K 1 et K 2 sont en outre représentées par leurs composantes de force cartésiennes dans le repère orthonormé x, y le microprocesseur calcule l'angle d'oscillation a à partir du rapport trigonométrique S) tan a = ( 1). Sy Le système étant en équilibre, les composantes de force Sx et S s'expriment comme suit, en fonction des y composantes de force cartésiennes Kxe Kly> K 2 x et K 2 y (figure 3): Sx = K 2 x Klx ( 2) Sy = Kly + K 2 y ( 3) Les composantes de force cartésiennes Kxe Klyq K 2 x et K 2 y peuvent à leur tour être exprimées en fonction des forces mesurées K 1 et K 2 et des angles b 1 et b 2: Kix = K 1 sin bi ( 4) Kly = K 1 cos b 1 ( 5) K 2 x = K 2 sin b 2 ( 6) K 2 y = K 2 cos b 2 ( 7) Si on reporte les équations ( 2) à ( 7) dans l'équation de départ ( 1), on obtient comme formule pour la détermination de l'angle a: tan a = K 2 sin b 2 K 1 sin b 1 ( 8) K 1 cos bi + K 2 cos b 2 En supposant que dans la conception préférée du dispositif de mesure les angles b 1 et b 2 sont égaux, il s'ensuit: (K 2 K 1) sin b tan a = ( 9) (K 1 + K 2) cos b La tension du câble S et le poids F sont obtenus à partir des formules suivantes: S =/Sx 2 + s, 2 ( 10) F= S cos a ( 11) La figure 4 représente schématiquement un dispositif de mesure à trois transducteurs de force 1, dont les articulations ( 4, 9) se trouvent dans les sommets d'une pyramide fictive avec une surface de base en forme de triangle isocèle Les transducteurs de force sont fixés chacun par l'intermédiaire d'une articulation portante 4 sur un élément portant 5 Les extrémités libres 3 des transducteurs de force 1 convergent vers une articulation 9 Un système de coordonnées x, y, z est figuré ici pour indiquer les directions Contrairement au système de coordonnées x, y utilisé dans les figures précédentes, l'axe vertical v est représenté ici dans la direction des z Pour simplifier la représentation schématique, on a représenté un seul angle b entre une seule droite ô, qui passe par les articulations 4 et 9 Les articulations portantes 4 sont uniformément réparties sur un cercle fictif concentrique à l'axe vertical v On a désigné par c l'écart entre l'articulation 4 et l'axe vertical dans le plan xy Les écarts c sont choisis de telle sorte que les angles b 1 et b 2 soient de l'ordre de 30 Sur l'articulation 9 est fixé un moyen de levage 10 sur lequel s'exerce une traction S On comprend par moyen de levage au sens de l'invention, des câbles, des chaînes, courroies ou similaires On a figuré l'angle d'oscillation a entre le levage 10 et l'axe vertical v ainsi que ses composantes cartésiennes ax, a La composante d'angle ax est par exemple l'angle d'oscillation dans la direction de déplacement de la grue et la composante d'angle ay est l'angle d'oscillation dans la direction de déplacement du chariot Ces deux composantes d'angle ax et ay sont déterminées par le dispositif de traitement des signaux à partir des signaux de mesure proportionnels à la force des transducteurs de force 1. REVENDICATIONS 1 Dispositif de mesure sur un moyen de levage, en particulier un câble de levage sous charge pour dispositifs de levage, caractérisé en ce que sur un élément portant ( 5) disposé sur un système de levage, sont fixés au moins deux transducteurs de force ( 1) chacun par l'intermédiaire d'une articulation portante ( 4), les extrémités libres ( 3) desdits transducteurs étant reliées entre elles par l'intermédiaire d'une articulation commune ( 9), en ce que le moyen de levage ( 10) est fixé à l'articulation ( 9) et en ce que les transducteurs de force ( 1) sont reliés, pour la transmission de signaux de mesure proportionnels à la force, à un dispositif de traitement de signaux ( 12-15). 2 Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'articulation ( 9) est disposée, dans le sens de la mise en charge, à l'extérieur d'un plan reliant les articulations portantes ( 4). 3 Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les écarts (c) entre les articulations portantes ( 4) et un axe vertical (v) passant par le centre des oscillation (M) de l'articulation ( 9) sont égaux. 4 Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les écarts (c) sont choisis de telle sorte que les angles (b 1, b 2) formés par l'axe vertical (v) et les droites (g) passant par les articulations portantes ( 4) et l'articulation ( 9), soient de l'ordre de 30 . Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les articulations portantes ( 4) des transducteurs de force ( 1) sont disposées dans un plan horizontal. 6 Dispositif de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que les articulations portantes ( 4) sont uniformément réparties sur un cercle fictif concentrique à l'axe (v). 7 Dispositif de mesure selon la revendication 6, caractérisé en ce que trois transducteurs de force ( 1) sont prévus et que leurs articulations ( 4, 9) se trouvent dans les sommets d'une pyramide fictive avec une surface de base en forme de triangle isocèle. 8 Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités ( 3) des transducteurs de force ( 1) qui sont opposées à l'élément portant ( 5) sont reliées, par l'intermédiaire d'articulations de liaison ( 11), à un corps de liaison commun ( 8) et en ce que ce dernier reçoit du côté opposé au transducteur de force ( 1), l'articulation ( 9). 9 Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les transducteurs de force ( 1) sont constitués par des dynamomètres de traction avec des jauges extensométriques. Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de traitement des signaux ( 12-15) avec au moins un amplificateur électronique ( 12) amplifiant les signaux de mesure proportionnels à la force, un circuit de balayage et de blocage ( 13) enregistrant les signaux de mesure amplifiés et les transmettant sous forme rythmée, un convertisseur analogique-numérique ( 15) convertissant les signaux de mesure rythmés et une unité de calcul ( 14) déterminant à partir des signaux de mesure numériques, l'angle d'oscillation, ainsi que le cas échéant la tension du câble et le poids. 11 Procédé de mesure sur un moyen de levage, en particulier un câble de levage sous charge pour des dispositifs de levage, au moyen du dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la tension du câble (S), exercée sur une articulation ( 9) et transmise à un élément portant ( 5), est mesurée par au moins deux transducteurs de force ( 1) et en ce que par un traitement du signal ( 1215) on détermine, à partir des signaux de mesure proportionnels à la force des transducteurs de force ( 1) et à partir de la disposition il géométrique fixe de ces derniers les uns par rapport aux autres, l'angle d'oscillation (a) du moyen de levage ( 10), ainsi que le cas échéant la tension du câble (S) et le poids (F). 12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que dans le dispositif de traitement du signal ( 12-15), les signaux des transducteurs de force ( 1) sont amplifiés, les signaux de mesure amplifiés sont temporairement enregistrés par une unité de balayage et de bloquage ( 13) et transmis sous forme rythmée à un convertisseur analogique-numérique ( 15), et en ce que les signaux de mesure transmis convertis par le convertisseur analogique- numérique ( 15) et l'angle d'oscillation (a) ainsi que le cas échéant la tension de câble (S) et le poids (F) sont déterminés à partir des signaux de mesure numériques par une unité de calcul ( 14). 13 Utilisation du dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 10 comme capteur de forces pour des commandes de compensation d'oscillations sur des systèmes de grues automatiques.