Brevet FR2693266A1 — publié le 19940107

APPAREIL DE MESURE DE DIMENSIONS D'EPROUVETTES TELLES QUE DES EPAISSEURS OU DES DEFLEXIONS DESCRIPTION L'invention se rapporte à un appareil apte à mesurer certaines grandeurs dimensionnelles d'éprouvettes, en particulier leur épaisseur en plusieurs endroits, ou encore à déterminer la forme de courbure d'une éprouvette fléchie. Cet appareil comprend en particulier un capteur qui est promené sur une face d'une éprouvette, de façon analogue à un rugosimêtre. Mais les rugosimètre s sont plutôt conçus pour des mesures d'états de surface où on s'intéresse aux accidents de relief ; ils ne permettent pas d'évaluer l'épaisseur de l'éprouvette, pas plus que sa courbure, même si on peut parfois déduire de leurs mesures le bombement ou le creusement d'ensemble des faces examinées. L'apparei I conforme à l'invention est sensiblement plus complexe et défini sous sa forme la plus générale par des moyens pour caler et fixer l'éprouvette ; une paire de capteurs en vis-à-vis disposés devant des faces opposees de l'éprouvette, les capteurs étant orientés en direction des dimensions à mesurer sur une ligne commune et conçus pour mesurer chacun une distance à une des faces ; un dispositif portant les capteurs et apte à mouvoir les capteurs ensemble et perpendiculairement aux dimensions ; et un di spositi f de lecture des distances et de calcul des dimensions. On conçoit que puisque les capteurs effectuent des mesures indépendantes, il soit possible de combiner leurs mesures de plusieurs façons différentes pou r calculer l'épaisseur locale de l'éprouvette ou la position de la ligne moyenne de l'éprouvette, c1est-à-di re estimer les déformations de flexion, ou le bombement des deux surfaces. D'autres perfectionnements peuvent encore être proposés. Les capteurs peuvent avoir des positions réglables sur le dispositif qui les porte, ce qui permet leur emploi sur des éprouvettes d'épaisseurs différentes, ou à des mesures à plat puis sur chant d'une même éprouvette. Il est alors utile de prévoir des éprouvettes d'étalonnage, usinées avec une grande précision et de cotes connues, pour régler les informations des capteurs, c'est-à-dire les étalonner. Une éprouvette d'étalonnage particulière peut être muni e d'un repère d'origine, tel qu'une bille dépassant d'un trou borgne à fond conique de cette éprouvette, pour fournir une référence ou une origine du repère dans lequel les résultats des mesures seront transcrits. L'avantage est qu'un repère uniforme existe pour toute une série d'éprouvettes qui subissent successivement les mesures. La seule condition à respecter est que les éprouvettes soient calées d'une façon identique. On peut utiliser des appuis sur trois plans perpendiculaires pour caler l'éprouvette. On va maintenant passer au commentaire des figures suivantes annexées à titre i Ilustratif et non limitatif, qui décrivent une réalisation effective de I'invention : - la figure 1 est une vue d'ensemble, en perspective, de l'appareil ; - la figure 2 est une vue de dessus de l'appareil ; - la figure 3 est une vue de détail des parties de mesure et de commande de l'appareil ; - la figure 4 illustre une mesure d'épaisseur d'éprouvette sur chant ; - la figure 5 représente les moyens de fixation au socle de poupées de support des éprouvettes ; - La figure 6 représente un ressort de bridage des éprouvettes ; - la figure 7 est une représentation des capteurs ; - et la figure 8 détaille une éprouvette d'étalonnage. L'appareil comprend tout d'abord (figure 1) un socle 1 rectangulaire juché su r quatre pieds 2 situés à ses coins et dont seulement deux apparaissent. Le socle 1 est entaillé d'une rainure 3 longitudinale qui s'étend sur toute son épaisseur et sert à recevoir une poupée de référence 4 et une poupée de réglage 5 qui servent de support aux éprouvettes E à mesurer. Chacune des poupées 4 et 5 comporte à cet effet une quille 6 inférieure qui coulisse dans la rainure 3 et deux patins 7 de part et d'autre de la quille 6 et qui reposent et glissent sur la surface supérieure du socle 1. La quille 6 est munie d'un taraudage 8 (visible à la figure 5) vertical, destiné à recevoir une vis de blocage 9 dont la tête vient s'appuyer sur la surface inférieure du socle 1 et serre les patins 7 sur le socle 1, ce qui bloque la poupée 4 ou 5 concernée à l'emplacement voulu de la rainure 3. La quille 6 a en effet une profondeur inférieure à celle de la rainure 3. Un des patins 7 de la poupée de référence 4 vertical est muni d'un perçage vertical apte à venir en correspondance avec des trous 10 de même diamètre établis sur le socle 1 en rangée parallèle à la rainure 3. Il suffit alors d'engager une broche d'indexage 11 dans le perçage vertical et le trou 10 choisi pour maintenir la position de la poupée de référence 4 à une position connue avec précision et immuable. S'il existe plusieurs trous 10, c'est pour permettre de placer L'éprouvette E examinée vers le milieu du socle 1 quelle que soit sa longueur. La poupée de réglage 5 est dépourvue de ce moyen d'indexage et sa position est réglée sans précision en fonction de la longueur de l'éprouvette E grâce à la vis de blocage 9. La poupée de référence 4 porte (figures 1 et 2) une encoignure 12 à son sommet afin de fournir une référence de position fixe aux éprouvettes. Trois surfaces de butée la délimitent : une surface de support 13 horizontale sur laquelle une extrémité de L'éprouvette E repose, une surface d'arrêt 14 verticale qui sert de référence de position longitudinale à l'éprouvette E et une surface latérale 15 verticale, perpendiculaire à la précédente et parallèle à la rainure 3 qui sert à définir la position transversale de l'éprouvette E. La poupée de réglage 5 comporte une encoignure 12' analogue mais qui ne comporte que des surfaces 13' et 15' en prolongement des surfaces 13 et 15, sur lesquelles l'autre extrémité de l'éprouvette E est posée et appuyée. La position de l'éprouvette E sur le socle 1 est donc parfaitement définie.Il n'existe pas de calage longitudinal de l'éprouvette E sur la poupée de réglage 5, mais un support de capteur 16 voisin de l'encoignure 12' et sur lequel on reviendra par la suite. La fixation des éprouvettes est assurée par des brides 17, dont il peut exister tout un jeu selon les éprouvettes qui sont employées. Les brides 17 sont des plaques rigides et allongées qui comprennent généralement au moins un trou oblong 18 et un taraudage 19 dans lequel est engagée une vis de pression 20 à longue tige dont le bout vient serrer l'éprouvette sur une surface de support 13 ou 13' ; quant au trou oblong 18, il permet de laisser passer une autre vis de pression 20' qui est engagée dans un taraudage 21 au sommet de la poupée 4 ou 5. Un contre-écrou 22 est engagé au sommet de la tige de la vis de pression 20'. Il suffit de le descendre par dévissage pour qu'il bloque la bride 17 sur le sommet de la poupée 4 ou 5. On remarque que les poupées 4 et 5 sont également munies d'autres taraudages 23, transversaux au lieu d'être verticaux comme les précédents 21, et qui servent à exercer une fixation identique de l'éprouvette E par les brides 17, mais en plaçant l'éprouvette E sur chant (figure 4) : la pression de serrage s'exerce alors sur les surfaces latérales 15 et 15' . Dans le cas d'éprouvettes plates à section rectangulaire comme celle qui est représentée, c'est alors en fait la largeur de l'éprouvette qu'on peut mesurer. Il est concevable d'utiliser en place des brides 17 des moyens de fixation plus souples tels que des ressorts à lame 25 (figure 6) comportant deux arrondis 26 et 27, orientés dans le même sens, à leurs extrémités et un trou oblong intermédiaire 28. Le trou oblong intermédiaire 28, comme celui 18 des brides 17, laisse passer une vis de pression 20' vissée sur la poupée 4 ou 5 et qui porte un contre-écrou 22 dont le serrage presse un des arrondis 27 sur la poupée et l'autre arrondi 26 sur une des extrémités de l'éprouvette E. Le dispositif comporte encore des moyens de mesure situés sur deux tables superposées (figures 2 et 3). La première table 29, fixée sur le socle 1 derrière la rainure 3, comporte un plateau supérieur mobile le long de la rainure 3, et la seconde table 30 est posée sur ce plateau et comporte elle-même un p lateau mobile, mai s vers la rainure 3 ou en s'éloignant d'elle. Le plateau de chacune des tables 29 et 30 a son mouvement commandé par un moteur pas à pas, respectivement 31 et 31'. On réalise ainsi ce qu'on appelle souvent un réglage de position en X-Y avec ce mécanisme, qui ne sera pas plus décrit car il est d'un genre bien connu. La seconde table 30 porte une fourchette 32 dont les branches 33 et 33' sont horizontales et superposées à une distance assez importante pour encadrer largement l'éprouvette E posée sur les poupées 4 et 5. Chacune des branches 33 et 33' comporte un perçage 34 ou 34' destiné à recevoir un capteur 35 ou 35'. Il s'agit de capteurs déjà commercialisés, en forme de crayon et qui comportent (figure 7), outre une enveloppe 36 cylindrique, un noyau magnétique 37 coulissant librement dans l'enveloppe 36 et attaché à une tige de palpage 38 dont l'extrémité 39 touche la surface de l'éprouvette E. Deux bobinages 40 et 41, réunis par un fil médian 42, entourent des portions différentes du noyau 37.Quand un déplacement est infligé à ce dernier, les inductions magnétiques qu'il p rovoque dans les deux bobinages 40 et 41 subissent des variations opposées, de sorte qu'il suffit de comparer l 'évolution des tensions entre les fils 42 et 43 (entre lesquels s'étend le bobinage 40), et 42 et 44 (entre lesquels s'étend le bobinage 41), pour déterminer avec une grande précision les déplacements de la tige 38. Les capteurs 35 et 35' sont semblables, et ils sont orientés en prolongement et l'un vers l'autre, c 'est-à-dire que leurs tiges 38 et 38' sont coaxiales et viennent toucher deux faces opposées de l'éprouvette E, respectivement une face supérieure Fs et une face inférieure Fi. Il suffit alors de comparer les mesures des deux capteurs 35 et 35' et d'effectuer la somme des déplacements des tiges 38 et 38' depuis une position de référence pou r e n déduire l'épaisseur locale de l 'éprouvette E entre les deux faces Fs et Fi. Une soustraction de ces déplacements permet par contre de déduire la hauteur de la ligne moyenne de l'éprouvette E . Un e collation de telles mesures le long de l 'éprouvette E permet de déduire sa courbure ou les déflexion s qu'elle a subies.L'annulation de chaque c apteur permet d'évaluer la forme de la surface sur laquelle l'autre capteur est promené. Les capteurs 35 et 35' sont pour cela reliés à une-carte d'acquisition de mesures 45 (figure 3) qui convertit les phénomènes électriques manifestés dans les bobinages 40 et 41 en information de déplacement et de position, et qui est elle-même reliée à un ordinateur 46 d e présentation des résuLtats. Les moteurs 31 et 31' sont commandés par l'ordinateur 46 par l'intermédiaire d'une centrale de déplacement 47. Enfin, un troisième capteur 35" semblable aux précédents et orienté suivant la longueur de l 'éprouvette E est logé dans un perçage 34" du support de capteur 16 de la poupée de réglage 5. Sa tige 38" touche la face d'extrémité longitudinale de l'éprouvette E opposée à celle, sur L'extrémité opposée, qui bute contre la surface d'arrêt 14. Le capteur 35" permet donc de mesurer la longueur totale de l'éprouvette E. Les capteurs 35, 35' et 35" ont une position réglable dans leur perçage 34, 34' et 34" ; une vis de pression, respectivement 48, 48' et 48", permet de Les y bloquer à la position voulue, après les avoir rapprochés ou éloignés selon L'épaisseur de l'éprouvette E ou sa courbure. Il est nécessaire dans ces conditions de disposer d'éprouvettes d'étalonnage don t les dimensions soient connues avec une précision aussi grande que possible affin de pouvoir servir de référence aux informations des capteurs 35, 35' et 35". Les éprouvettes d'étalonnage sont de forme simple, avantageusement des parallélépipèdes ou des éprouvettes de même forme que les éprouvettes sur lesquelles les mesures sont effectivement menées. On les fixe sur les poupées 4 et 5 et on corrige par l'ordinateur 46 les mesures de longueur et d'épaisseur effectuées par les c apteurs 35, 35' et 35" pour retrouver les quantités correctes . Il existe en outre une éprouvette d'étalonnage 49 de forme spéciale (figure 8), entièrement plane à l'exception d'un trou borgne 50 à fond conique 51. Une bille 52 est posée sur le fond conique 51 et dépasse de la surface de L'éprouvette 49. Une fois que cette éprouvette 49 est fixée aux poupées 4 et 5 et en butée sur les surfaces 13, 13', 14, 15 et 15', le capteur 35 est promené sur sa surface supérieure Fs et sur la bille 52 jusqu a ce que son sommet soit atteint. Les états des moteurs pas à pas 31 et 31' qui correspondent à cette position des tables 29 et 30 sont relevés et fournissent les informations de définition d'une origine commune à toutes les mesures effectuées sur des séries d'éprouvettes semblables. L'ordinateur 46 est programmé de façon à receui lli r automatiquement les informations souhaitées sur une grande quantité de points des surfaces des éprouvettes E après avoir commandé les déplacements appropriés des moteurs pas à pas 31 et 31'. Il est équipé et programmé pour fourni r les visualisations graphiques souhaitées et classiques dans ce genre de techniques, sous forme par exemple de tableaux ou de cartographies de l'éprouvette E avec des taches de différentes couleurs en fonction des catégories d'informations ou de dessins. L'invention peut être appliquée au contrôle des dimensions et des formes des éprouvettes ou à des mesures de déformations dues à des épreuves de flexion, de traction, de vieillissement, etc., su r des éprouvettes ayant été l'objet d'essais. L'apparei I peut, ave c des modifications mineures, effectuer ces mesures sous niveau de contraintes contrôlé. REVENDICATIONS 1 . Apparei I de mesure de dimensions d'éprouvettes, caractérisé par des moyens (12, 12', 17, 25) pour caler et fixer une éprouvette (E) ; une paire de capteurs (35, 35') en vis-à-vis disposés devant des faces opposées (Fs, Fi) de l'éprouvette (E), les capteurs étant orientés en direction des dimensions sur une ligne commune et conçus pour mesurer chacun une distance à une des faces ; un dispositif (29, 30, 32) portant les capteurs et apte à mouvoi r les capteurs ensemble et perpendiculairement aux dimensions ; et un dispositif (46) de lecture des distances et de calcul des dimensions. 2. Appareil de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dimensions sont des épaisseurs et des déflexions des éprouvettes. 3. Apparei I de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un troisième capteur (35") orienté en direction longitudinale de l'éprouvette et conçu pour mesure r une distance à une face d'extrémité longitudinale de l'éprouvette, une face d'une extrémité longitudinal e opposée de l'éprouvette étant appuyée contre une surface de butée (14) des moyens pour caler l'éprouvette. 4. Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif qui porte les capteurs est conçu avec des moyens (48, 48') de placer les capteurs à des positions réglables. 5. Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une éprouvette d'étalonnage (49) munie d'un repère d'origine. 6. Appareil de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que le repère d'origine consiste en une bille (52) dépassant d'un trou borgne (50) à fond conique (51) de l'éprouvette d'étalonnage (49). 7. Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif portant les capteurs comprend une table double (29, 30) coulissant dans deux directions perpendiculaires par rapport aux moyens pour caler et fixer l'éprouvette. 8. Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens pour caler l'éprouvette consistent en des appuis (13, 13', 14, 15, 15') sur trois plans perpendiculaires. 9. Appareil de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce que les appuis sont localisés sur deux parties d'extrémité longitudinale des éprouvettes et situés sur deux poupées (4, 5) dont l'une au moins est mobile et a une position réglable par rapport à I' aut re 10. Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens pour caler et fixer l'éprouvette sont conçus pour caler et fixer les éprouvettes à plat et sur chant.