Brevet FR2679645A1 — publié le 19930129

Dispositif de leviers pour la mesure de très faibles déplacements L'invention concerne un dispositif de leviers pour la mesure de très faibles déplacements. On connaît par la revue "Archiv fur Technisches Messen, Z 64-5, Décembre 1953, Page 289, un dispositif de ce type destiné à la mesure de très faibles déplacements Celui-ci comporte deux bandes étroites de tôle qui sont maintenues parallèles entre elles par des vis ou des rivets montés libres et sont reliées rigidement entre elles à une extrémité L'une des bandes de tôle est liée par son autre extrémité à l'appareil qu'il s'agit de mesurer tandis que la deuxième bande de tôle est solidaire de l'installation par son autre extrémité L'inconvénient de cette paire de bandes est qu'il est difficile de régler le jeu des vis ou des rivets nécessaire pour maintenir l'écartement des deux bandes de tôle et que, lors de la mesure qui est obtenue par flexion de la par- tie fixée des bandes de tôle, les bandes de tôle peuvent frotter l'une contre l'autre entraînant ainsi une hystérésis. L'objectif de la présente invention est de proposer un dispo- sitif de leviers pour la mesure de très faibles déplacements qui soit constitué d'un seul élément en tôle, ne présente pas d'hystérésis et puisse être utilisé pour des travaux de mesures variés. Le problème est résolu selon l'invention par le fait qu'un élé- ment en tôle allongé porte au moins deux points de fixation qui sont situés de part et d'autre d'au moins une fente, au moins un point de fixation étant solidaire de l'installation tandis que l'autre (les autres) point(s) de fixation est (sont) lié(s) à l'appareil à mesurer et par le fait que la (les) partie(s) d'élément en tôle dont le(s) point(s) de fixation est (sont) lié(s) à l'appareil est (sont) pliée(s) vers l'extérieur perpen- diculairement au plan de l'élément en tôle et élastiquement à une cer- taine distance par rapport à la (les) partie(s) d'élément en tôle dont le(s) point(s) de fixation est (sont) solidaire(s) de l'installation, de tel- le sorte que pour une mesure, la (les) partie(s) d'élément en tôle dont le(s) point(s) de fixation est (sont) liés à l'appareil à mesurer se dépla- cent par rapport à la (les) partie(s) d'élément en tôle dont le(s) point(s) de fixation est (sont) solidaire(s) de l'installation, les extrémi- tés de l'élément en tôle se déplaçant sensiblement perpendiculairement au plan de l'élément en tôle. Le dispositif de leviers selon l'invention permet d'obtenir par des moyens simples une très grande amplification de faibles déplace- ments de mesure, donnant ainsi des déplacements affichés importantes par rapport aux déplacements mesurés, les déplacements affichés étant utilisés de préférence pour des méthodes de mesure peu performantes. Les points de fixation du dispositif de leviers étant précontraints l'un par rapport à l'autre, on élimine dans une large mesure les effets d'hys- térésis Le dispositif de leviers permet de mesurer parfaitement des dé- placements de quelques fractions de mm. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de leviers comporte deux points de fixation qui sont situés sensiblement au milieu de l'élément en tôle, de part et d'autre d'une fente allongée, l'un des points de fixation étant solidaire de l'installation et l'autre point de fixation étant lié à l'appareil et les parties de l'élément en tôle étant écartées de chaque côté de la fente. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le disposi- tif de leviers comporte trois points de fixation disposés côte à côte au milieu du plan longitudinal de l'élément en tôle, parmi lesquels le point médian est solidaire de l'installation tandis que les deux autres points de fixation sont entourés par une fente en U Chaque point de fixation est approximativement le centre de la partie arquée du U et les branches de la fente s'étendent pratiquement jusqu'à l'extrémité de l'élément en tôle Les languettes de tôle formées par les fentes sont pliées en direction de l'extérieur de l'élément en tôle et les points de fixation situés aux extrémités des languettes sont liés à l'appareil à mesurer. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de leviers comporte trois points de fixation disposés au milieu de l'élé- ment en tôle perpendiculairement au plan médian longitudinal Deux fentes longitudinales sont aménagées entre eux formant ainsi des ban- des de tôle extérieures semblables à des languettes qui portent les deux points de fixation extérieurs à leur extrémité Les deux languet- tes sont pliées vers l'extérieur dans des directions opposées et les points de fixation associés sont liés à l'organe à mesurer tandis que le point de fixation médian est solidaire de l'installation. Selon un perfectionnement du dispositif de leviers, des cap- teurs sensibles à la flexion sont montés aux extrémités extérieures de l'élément en tôle aux fins de mesurer des déplacements perpendiculairement à l'axe médian de l'élément en tôle Les capteurs sensibles à la flexion peuvent aussi être montés sur des languettes pliées vers l'exté- rieur, perpendiculairement à l'axe médian de l'élément en tôle. Selon un autre perfectionnement de l'invention, des vis régla- bles sont montées aux extrémités extérieures de l'élément en tôle et agissent sur une tôle-support portant les capteurs, solidaire de l'instal- lation, disposée au-dessus de l'élément en tôle, perpendiculairement à celui-ci. De manière avantageuse, des éléments amortisseurs sont montés aux extrémités extérieures de l'élément en tôle. Selon une variante de l'invention, les extrémités extérieures de l'élément en tôle s'élargissent en forme de palettes, les palettes pouvant être entourées par une chambre d'amortissement. L'élément en tôle qui porte les fentes et les capteurs est fa- briqué par micro-usinage. L'invention est décrite ci-après à l'aide d'exemples de réali- sation représentés sur les dessins Ceux-ci montrent: Figure 1, une vue dessus d'un mode de réalisation simple d'un dispositif de leviers comportant une fente et deux points de fixation; Figure 2, le dispositif de leviers selon la figure 1 en vue de côté comportant des capteurs sensibles à la flexion; Figure 3, un dispositif de leviers identique à celui de la figu- re 2 comportant des condensateurs pour la mesure des déplacements; Figure 4, le dispositif de leviers de la figure avec des contacts roulants pour la mesure; Figure 5, un deuxième mode de réalisation du dispositif de leviers en vue dessus avec deux fentes en U et trois points de fixation; Figure 6, une vue de côté du dispositif de leviers selon la fi- gure 5 avec un barrage photo-électrique pour la mesure; Figure 7, une variante du dispositif de leviers selon les figu- res 5 et 6, en vue de côté, avec une tôle-support solidaire de l'installa- tion; Figure 8, une autre variante du dispositif de leviers selon les figues 5 et 6 en vue de côté, dans laquelle les points de fixation situés sur les languettes sont solidaires de l'installation et qui comport des éléments amortisseurs; Figure 9, un dispositif de leviers selon la figure 5, avec des extrémités élargies en forme de palettes, en vue de dessus; Figure 10, une vue de côté du dispositif de leviers selon la figure 9 dans lequel les palettes sont amorties dans des chambres; Figure 11, un troisième mode de réalisation du dispositif de leviers comportant deux fentes longitudinales et trois points de fixa- tion, en vue dessus et, Figure 12, le dispositif de leviers selon la figure 11 en vue de côté. Les figures 1 et 2 représentent un premier mode de réalisa- tion d'un dispositif de leviers 1 qui se compose d'un élément en tôle 2 allongé pourvu d'une fente 3 et de points de fixation 4 et 5 La figure 2 montre que l'élément en tôle 2 est ouvert ou écarté le long de la fen- te 3 de manière telle que le point de fixation 4 soit lié à un premier axe 6 et le point de fixation 5 soit lié à un deuxième axe 7 Les axes 6 et 7 peuvent être constitués par exemple par les axes d'un gyroscope mécanique Lors d'un faible déplacement relatif de l'axe 7 par rapport à l'axe 6 dans la direction B, il se produit une déviation sensible de l'extrémité droite de l'élément en tôle 2 dans la direction A et de l'ex- trémité gauche dans la direction A' La mesure est effectuée ici au moyen de jauges extensométriques 8 a et 8 b qui sont reliées à un appa- reil de mesure par l'intermédiaires de conducteurs 9 La différence en- tre les déviations de 8 a et 8 b constitue la grandeur de mesure Une fai- ble distance a (représentée fortement agrandie ici) et une grande dis- tance b donnent une très grande démultiplication du levier L'élément en tôle 2 en matériau élastique avec la fente 3 ainsi que la mise en pla- ce des jauges extensométriques 8 peuvent être réalisés par micro-usi- nage Ce type de fabrication garantit une symétrie parfaite du disposi- tif de leviers 1 On minimise ainsi une influence indésirable sur le zé- ro de la mesure, due par exemple à la température On peut également utiliser un ressort-levier 1 à raideur élevée comme ressort de rappel dans les gyroscopes, par exemple les gyroscopes mécaniques, lorsque les deux axes du gyroscope sont amenés à se déplacer l'un par rapport à l'autre sous l'action des forces. Les figures 3 et 4 montrent des dispositifs de leviers 1 sem- blables à ceux décrits des figures 1 et 2 avec toutefois des possibilités de mesure différentes du déplacement des extrémités de l'élément en tôle 2 A la figure 3, on mesure des variations de capacité à l'aide de condensateurs 11 et, à la figure 4, des variations de résistance par dé- placement de contacts roulants 12. La figure 5 montre comme deuxième mode de réalisation un dispositif de leviers 20 qui présente, dans une tôle 21, des fentes 22 et 23 en U et trois points de fixation 24, 25, 26 La figure 6 montre l'ap- plication du dispositif de leviers 20 à la mesure de très faibles dépla- cements Sur cette figure, les languettes de tôle 27 et 28 sont écartées par rapport à la tôle 21 et leurs points de fixation 24 et 26 sont liés à un appareil qu'il s'agit de mesurer 29 Le point de fixation 25 médian est relié fixement à une plaque 31 Lorsque l'appareil 29 se déplace dans la direction B, l'élément en tôle 21 subit une déviation dans la di- rection A, déviation qui est mesurée au moyen d'un barrage photo- électrique, par déviation ou par interruption du rayon lumineux La fi- gure 7 représente une variante du dispositif selon la figure 6 Dans celle-ci, les extrémités de l'élément en tôle 21 sont pourvues de ron- delles de renfort 33 dans lesquelles sont vissées de petites vis 34 Les extrémités des vis 34 agissent sur une tôle-support 35 qui porte des ré- sistances piézo-résistives 36 destinées à mesurer les déplacements de l'élément en tôle 21 imprimés par les vis 34. La figure 8 montre une variante du dispositif de leviers 20 dans laquelle le point de fixation 25 et les points de fixation 24 et 26 sont fixés rigidement Il s'agit d'un gyroscope 40 dans lequel on sou- haite mesurer les déplacements d'un axe de rotor perpendiculairement à celui-ci, dans la direction des flèches 42, autour d'un axe de rotation 43 et de ramener ledit axe de rotor dans sa position A cet effet, l'axe de rotor 41 est relié au point de fixation 25 Les déplacements de l'axe de rotor 41 sont mesurés au moyen de capteurs 44 sensibles à la flexion placés sur les languettes de tôle 27 et 28 Les points de fixa- tion 24 et 26 sont reliés à des pattes de boîtier 45 et 46 du gyroscope 40 L'axe de rotor 41 est monté sur roulement à billes 49 à l'intérieur d'un rotor de gyroscope 48 Des amortisseurs 47 sont en outre disposés de chaque côté du dispositif de leviers 20 afin d'amortir les déplace- ments de l'élément en tôle 21. La figure 9 représente un dispositif de leviers 50 dont la par- tie médiane est pourvue de fentes 22 et 23 et de points de fixation 24, et 26 semblables à ceux du dispositif de leviers 20 L'élément en tôle de ce dispositif de leviers 50 est élargi à ses extrémités pour for- mer des palettes 51 Ces palettes sont destinées à amortir les déplace- ments, les palettes assurant cette fonction soit uniquement par leur grande surface, soit en travaillant dans des chambres 52 aménagées au- tour desdites palettes 51 conformément à la figure 10. Les figures 11 et 12 montrent, comme autre mode de réalisa- tion, un dispositif de leviers 60 Celui-ci comporte un élément en tôle 61, des fentes longitudinales 62 et 63 et trois points de fixation 64, 65 et 66 Les bandes de tôle extérieures sont découpées en alternance sur le côté des points de fixation 64 et 66 et forment ainsi des languettes de tôle 67 et 68 qui sont pliées en opposition respectivement vers le bas et vers le haut Le point de fixation 65 médian est fixe sur l'élé- ment en tôle 61 Un axe 69 est prévu pour la mesure de l'appareil, axe dont l'extrémité est agencée de manière à permettre sa liaison avec le point de fixation 64 et le point de fixation 66 La rotation de l'axe 69 est mesurée au moyen de capteurs 70 sollicités en flexion, intégrés dans les languettes 67 et 68 Le dispositif de leviers 60 comporte éga- lement à ses extrémités des palettes 71 afin d'amortir les déplacements de l'élément en tôle 61. REVENDICATIONS 1 Dispositif de leviers pour la mesure de très faibles dépla- cements caractérisé par un élément en tôle ( 2, 21, 61) allongé qui por- te au moins deux points de fixation ( 4, 5, 24, 25, 26, 64, 65, 66) situés de part et d'autre d'au moins une fente ( 3, 22, 23, 62, 63), au moins un point de fixation ( 4, 24, 25, 26, 65) étant solidaire de l'installation et l'autre (les autres) point(s) de fixation ( 5, 24, 25, 26, 64, 66) étant lié(s) à l'appareil qu'il s'agit de mesurer, et par le fait que la (les) par- tie(s) d'élément en tôle dont le(s) point(s) de fixation est (sont) lié(s) à l'appareil à mesurer est (sont) pliée(s) vers l'extérieur perpendiculai- rement au plan de l'élément en tôle et élastiquement, à une certaine distance par rapport à la (les) partie(s) d'élément en tôle dont le(s) point(s) de fixation est (sont) solidaires de l'installation, de manière telle que pour une mesure, la (les) partie(s) d'élément en tôle dont le(s) point(s) de fixation est (sont) liés à l'appareil sont déplacés par rapport à la (les) partie(s) d'élément en tôle dont le(s) point(s) de fixation est (sont) solidaire(s) de l'installation, les extrémités de l'élé- ment en tôle se déplaçant sensiblement perpendiculairement au plan de l'élément en tôle. 2 Dispositif de leviers selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte deux points de fixation ( 4, 5) situés sensible- ment au milieu de l'élément en tôle ( 2), de part et d'autre d'une fente ( 3) allongée, un point de fixation ( 4) étant solidaire de l'installation et l'autre point de fixation ( 5) étant lié à l'appareil ( 7) qu'il s'agit de me- surer et les parties de l'élément en tôle étant écartées de part et d'autre de la fente. 3 Dispositif de leviers selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte trois points de fixation ( 24, 25, 26) disposés côte à côte au milieu du plan longitudinal de l'élément en tôle ( 21), parmi lesquels le point ( 25) médian est solidaire de l'installation tan- dis que les deux autres points de fixation ( 24, 26) sont entourés par une fente ( 22, 23) en U, par le fait que chaque point de fixation est ap- proximativement le centre de la partie arquée du U et que les branches de la fente s'étendent pratiquement jusqu'à l'extrémité de l'élément en tôle et par le fait que les languettes de tôle ( 27, 28) formée par les fentes sont pliées en direction de l'extérieur de l'élément en tôle, les points de fixation ( 24, 26) situés aux extrémités des languettes étant liés à l'appareil ( 29) qu'il s'agit de mesurer. 4 Dispositif de leviers selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte trois points de fixation ( 64, 65, 66) disposés au milieu de l'élément en tôle perpendiculairement au plan médian lon- gitudinal par le fait que deux fentes ( 62, 63) longitudinales sont amé- nagées entre eux, par le fait que les bandes tôle extérieures formées par les fentes sont agencées sous forme de languettes ( 67, 68) et por- tent les deux points de fixation extérieurs ( 64, 66) à leur extrémité et par le fait que les deux languettes ( 67, 68) sont pliées vers l'extérieur dans des directions opposées et leurs points de fixation ( 64, 66) asso- ciés sont liés à l'organe ( 69) à mesurer tandis que le point de fixation ( 65) médian est solidaire de l'installation. Dispositif de leviers selon la revendication 2, caractérisé par le fait que des capteurs ( 8) sensibles à la flexion sont montés aux extrémités extérieures de l'élément en tôle ( 2) aux fins de mesurer des déplacements perpendiculairement à l'axe médian de l'élément en tôle. 6 Dispositif de leviers selon la revendication 3, caractérisé par le fait que des capteurs ( 44, 70) sensibles à la flexion sont montés perpendiculairement à l'axe médian de l'élément en tôle ( 21, 61) sur les languettes ( 27, 28, 67, 68) pliées vers l'extérieur. 7 Dispositif de leviers selon la revendication 3, caractérisé par le fait que des vis ( 34) réglables sont montées aux extrémités exté- rieures de l'élément en tôle ( 21) et agissent sur une tôle-support ( 35) pour des capteurs ( 36), solidaire de l'installation, qui est disposée au- dessus de l'élément en tôle ( 21), perpendiculairement à celui-ci. 8 Dispositif de leviers selon la revendication 3, caractérisé par le fait que des éléments amortisseurs ( 47) sont montés aux extré- mités extérieures de l'élément en tôle ( 21). 9 Dispositif de leviers selon les revendications 3 et 4, carac- térisé par le fait que les extrémités extérieures de l'élément en tôle ( 21, 61) s'élargissent en forme de palettes ( 51, 71). Dispositif de leviers selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les palettes ( 51, 71) sont entourées par une chambre d'amortissement ( 52) 11 Dispositif de leviers selon l'une quelconque des revendi- cation 1 à 10, caractérisé par le fait que l'élément en tôle ( 2, 21, 61) portant les fentes ( 3, 22, 23, 62, 63) et les capteurs ( 8, 44, 70) est fa- briqué par micro-usinage.