Brevet FR2696832A1 — publié le 19940415

La présente invention concerne un dispositif de mesure de l'énergie de rupture d'une éprouvette sur une machine d'essai à mouton vertical ou à mouton pendulaire. Pour déterminer la résilience, des aciers, un essai normalisé consiste à mesurer l'énergie nécessaire à la rupture d'une éprouvette normalisée. Pour cela on utilise des machines dites à mouton vertical ou à mouton pendulaire. Dans le cas des machines à mouton pendulaire, l'éprouvette d'essai est placée sur une enclume fixe sur le trajet d'un pendule mobile. Ce pendule est libéré en chute libre, casse l'éprouvette et termine son mouvement de rotation. L'énergie de rupture de l'éprouvette est déterminée par la mesure de l'angle de remontée du pendule après la rupture de l'éprouvette. Cet angle est directement lié à l'énergie absorbée lors de la rupture de l'éprouvette d'essai. Dans le cas des machines à mouton vertical, l'éprouvette d'essai est placée sur une enclume fixe sur le trajet d'un ensemble mobile constitué d'une masse déterminée et d'un couteau, situé à la verticale de l'enclume. L'ensemble mobile est libéré en chute verticale, casse l'éprouvette et poursuit sa chute avant d'être amorti, puis arrêté par un dispositif d'amortissement. Dans ce cas, la mesure de l'énergie de rupture est traditionnellement réalisée à partir d'une mesure d'effort sur le couteau lors de la rupture de l'éprouvette d'essai. Cette mesure de l'effort sur le couteau est également utilisée dans le cadre des machines à mouton pendulaire pour s'affranchir des problèmes de frottement du pendule au niveau de son axe de rotation dont il faut tenir compte lors de la détermination de l'énergie de rupture de l'éprouvette à partir de la mesure de l'angle de remontée du pendule. Pour mesurer l'effort sur le couteau, il est nécessaire d'instrumenter ledit couteau au moyen d'une série de capteurs par exemple des jauges de contrainte. Ces capteurs nécessitent un entretien important tant au niveau des capteurs eux-mêmes qu'au niveau de leurs connectiques car ils sont soumis à des déplacements et des chocs. De plus, ce type de technique ne permet qu'une précision de l'ordre de 5% dans la détermination de l'énergie de rupture. La présente invention a pour but de proposer un dispositif de mesure de l'énergie de rupture d'une éprouvette sur une machine d'essai à mouton pendulaire ou à mouton vertical permettant de s'affranchir de ces inconvénients, c'est à dire sans capteurs sur le couteau, tout en assurant une précision sur la détermination de l'énergie de rupture inférieure à 2%. La présente invention a donc pour objet un dispositif de mesure de l'énergie de rupture d'une éprouvette sur une machine d'essai à mouton vertical ou à mouton pendulaire, comprenant un ensemble mobile et une enclume fixe sur laquelle est placée l'éprouvette située sur la trajectoire de l'ensemble mobile, ledit ensemble mobile étant destiné à être lâché en chute libre pour rompre l'éprouvette, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure de la vitesse instantanée de l'ensemble mobile avant la rupture de l'éprouvette, et des moyens de mesure de la vitesse instantanée de l'ensemble mobile après la rupture de l'éprouvette. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - les moyens de mesure de la vitesse instan tanée de l'ensemble mobile avant et après la rupture de l'éprouvette sont formés par deux couples émetteurrécepteur de deux faisceaux laser situés sur la trajet toire de l'ensemble mobile à une distance déterminée l'un de l'autre, respectivement dans la zone de chute libre dudit ensemble mobile avant et après la rupture de 1 'éprouvette, - l'émetteur et le récepteur de chaque couple émetteur-récepteur sont situés dans un même plan, perpendiculaire au plan tangent à la trajectoire de l'ensemble mobile, de part et d'autre de ladite trajectoire, - les émetteurs sont des diodes laser et les récepteurs sont des photodiodes, - chaque émetteur émet un faisceau laser défocalisé dont le diamètre de la tache lumineuse sur le récepteur correspondant est supérieur au diamètre de la surface sensible dudit récepteur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe d'une machine à mouton vertical équipée du dispositif de mesure selon l'invention, - la Fig. 2 est une vue de détail schématique du dispositif selon l'invention appliqué à une machine à mouton vertical. Comme représenté schématiquement à la Fig. 1, la machine à mouton vertical est une machine de type connu, constituée d'un ensemble mobile 1 comprenant une masse déterminée 2 portant un couteau 3, et une enclume fixe 4 sur laquelle est fixée une éprouvette d'essai 5, située sur la trajectoire de l'ensemble mobile 1. L'ensemble mobile 1, situé à une hauteur H déterminée au-dessus de l'enclume 4 est déverrouillé de son dispositif de maintien en position haute, non représenté, et tombe en chute libre en étant guidé par un dispositif de guidage partiellement représenté et constitué par exemple par des colonnes verticales la. Après une première phase chute libre, le couteau 3 de l'ensemble mobile 1 vient rompre l'éprouvette 5, puis continue sa chute jusqu'aux amortisseurs 6 qui l'arrêtent en douceur. L'ensemble mobile 1 se situe donc successivement dans les quatre zones suivantes - une première zone de chute libre depuis le point de largage jusqu'au contact de l'éprouvette 5, - une seconde zone de rupture depuis le contact de l'éprouvettes 5 jusqu'à la fin de cette rupture, - une troisième zone de chute libre après la rupture de l'éprouvette 5 jusqu'à son entrée en contact avec les amortisseurs 6, - et une quatrième zone d'amortissement et d'arrêt. Le dispositif selon la présente invention comporte des moyens 10 de mesure de la vitesse instantanée de l'ensemble mobile 1 lors de sa chute libre avant la rupture de l'éprouvette 5, c'est à dire dans la première zone, et des moyens 20 de mesure de la vitesse instantanée de l'ensemble mobile 1 lors de sa chute libre après la rupture de l'éprouvette 5, c'est à dire dans la troisième zone. Les moyens 10 de mesure de la vitesse instantanée de l'ensemble mobile 1 dans la première zone de son déplacement sont constitués par deux couples émetteur-récepteur 10a, lOb et lia, llb de deux faisceaux laser sur la trajectoire de l'ensemble mobile 1. Les deux couples émetteur-récepteur 10a, lOb et lIa, llb sont à une distance d déterminée l'un de l'autre, le couple 10a, lOb étant situé avant le couple lla, llb par rapport à la trajectoire dudit ensemble mobile 1. Chaque émetteur, respectivement 10a et lla et chaque récepteur respectivement lOb et llb sont situés dans un même plan, perpendiculaire au plan tangent à la trajectoire de l'ensemble mobile 1, de part et d'autre de celle-ci. Dans l'exemple de réalisation représenté, les émetteurs 10a et lla sont situés dans le même plan horizontal que les récepteurs lOb et llb respectifs. Les moyens 20 de mesure de la vitesse instantanée de l'ensemble mobile 1 dans la troisième phase de son déplacement sont constitués par deux couples émetteur-récepteur 20a, 20b et 21a, 21b de deux faisceaux laser sur la trajectoire de l'ensemble mobile 1. Les deux couples émetteur-récepteur 20a, 20b et 21a, 21b sont situés à une distance d déterminée l'un de l'autre, le couple 20a, 20b étant situé avant le couple 21a, 21b par rapport à la trajectoire dudit ensemble mobile 1. Chaque émetteur, respectivement 20a et 21a et chaque récepteur, respectivement 20b et 21b sont situés dans un même plan perpendiculaire au plan tangent à la trajectoire de l'ensemble mobile, de part et d'autre de celle-ci. Dans l'exemple de réalisation représenté, les émetteurs 20a et 21a sont situés dans le même plan horizontal que leurs récepteurs 20b et 21b respectifs. Comme représenté à la Fig. 2, les récepteurs, respectivement lOb, llb et 20b, 21b de chaque moyen 10 et 20 sont reliés à un compteur, respectivement 7 et 8 qui mesure l'intervalle de temps T et T' nécessaire à l'ensemble mobile 1 pour parcourir la distance d entre les récepteurs lOb et llb et les récepteurs 20b et 21b. Les émetteurs 10a, lla, 20a, et 21a peuvent être par exemple des diodes laser émettant un faisceau laser d'une longueur d'onde d'environ 670 nanomètres et les récepteurs lOb, llb, 20b et 21b peuvent être des photodiodes dont la surface sensible est supérieure à 4mm2, de préférence égale à 5mm2. Chaque émetteur 10a, lla, 20a et 21a émet un faisceau laser défocalisé dont le diamètre de la tache lumineuse sur le récepteur correspondant lOb, llb, 20b et 21b est supérieur au diamètre de la surface sensible du récepteur, de préférence égale à 5 fois le diamètre de la surface sensible dudit récepteur. Cette précaution permet de s'affranchir des vibrations mécaniques qui peuvent perturber l'alignement entre l'émetteur et le récepteur d'un même couple émetteur-récepteur. Chaque récepteur lOb, llb, 20b et 21b est muni d'un masque, non représenté, contre sa surface sensible, chaque masque étant percé d'une fente horizontale. Ces fentes limitent la hauteur utile de la surface sensible des récepteurs et permettent de fixer avec précision la distance d entre chaque couple émetteur-récepteur lOa-lOb, lla-llb et 20a-20b, 21a-21b, des moyens 10 et 20. Ainsi, lors de la chute de l'ensemble mobile 1, celui-ci vient occulter successivement les faisceaux laser émis par les émetteurs lOa et lla. On détecte ainsi au niveau des récepteurs correspondants lOb et llb une annulation du signal de réception ce qui se traduit par un front descendant sur le signal. Le compteur 7 est enclenché par le front descendant du signal issu du récepteur lOb, puis est coupé par le front descendant du signal issu du récepteur llb. On en déduit ainsi l'intervalle de temps T utile pour parcourir la distance d séparant les deux récepteurs lOb et llb. On peut alors calculer la vitesse instantanée V de l'ensemble mobile 1 avant la rupture de l'éprouvette 5 V = d/T - (1/2g T) L'ensemble mobile 1 vient ensuite occulter successivement les faisceaux laser émis par les émetteurs 20a et 21a. On détecte ainsi au niveau des récepteurs correspondants 20b et 21b une annulation du signal de réception ce qui se traduit par un front descendant sur le signal. Le compteur 8 est déclenché sur le front descendant du signal issu du récepteur 20b, puis est stoppé par le front descendant du signal issu du récepteur 21b. On en déduit ainsi l'intervalle de temps T' utile pour parcourir la distance d séparant les deux récepteurs 20b et 21b. On peut alors calculer la vitesse instantanée V' de l'ensemble mobile 1 après la rupture de l'éprou- vette 5 V' = d/T' - (1/2g T') L'énergie de rupture de l'éprouvette peut alors être calculée Erupture = 1/2 d2(1/T2 - 1/T'2) + g2/4 (T2 - T'2) - mgh h étant la distance entre les mesures de vitesse avant et après la rupture de l'éprouvette 5, c'est à dire la distance entre le couple émetteur-récepteur 10a - lOb et lla - llb et le couple émetteur-récepteur 20a - 20b et 21a - 21b. L'ensemble des traitements des signaux et des calculs est effectué par un micro-ordinateur 30 (Fig. 2). Le dispositif selon 1 invention est indépendant de la structure du mouton de la machine, et reste fixe. I1 ne nécessite donc aucun entretien particulier, ni au niveau des émetteurs-récepteurs, ni au niveau de leurs connectiques. Le dispositif selon l'invention a été décrit appliqué à une machine d'essai à mouton vertical, mais il peut également être appliqué à une machine d'essai à mouton pendulaire. En utilisant des compteurs 7 et 8 dont la fréquence de comptage est de 5 MHz, la précision obtenue sur la mesure des temps T et T' nécessaires à l'ensemble mobile pour parcourir la distance d entre les récepteurs lOb et îlb d'une part, 20b et 21b d'autre part est inférieure à 1 micro-seconde, ce qui entraîne une précision sur la détermination des vitesses de l'ordre de 0,04%. Ainsi, la précision sur la détermination de l'énergie de rupture est inférieure à 2%. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de l'énergie de rupture d'une éprouvette (5) sur une machine d'essai à mouton vertical ou à mouton pendulaire, comprenant un ensemble mobile (1) et une enclume fixe (4) sur laquelle est placée l'éprouvette (5), située sur la trajectoire de l'ensemble mobile (1), ledit ensemble mobile étant destiné à être lâché en chute libre pour rompre l'éprouvette (5), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (10) de mesure de la vitesse instantanée de l'ensemble mobile (1) avant la rupture de l'éprouvette (5) et des moyens (20) de mesure de la vitesse instantanée de l'ensemble mobile (1) après la rupture de l'éprouvette (5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (10) de mesure de la vitesse instantanée de l'ensemble mobile (1) avant la rupture de l'éprouvette (5) sont formés par deux couples émetteur-récepteur (lOa, lOb et lla, llb) de deux faisceaux laser, situés sur la trajectoire de l'ensemble mobile (1) à une distance d déterminée l'un de l'autre, dans la zone de chute libre dudit ensemble mobile (1) avant la rupture de l'éprouvette (5), le couple (10a, lOb) étant situé avant le couple (lla, llb) par rapport à la trajectoire dudit ensemble mobile (1). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (20) de mesure de la vitesse instantanée de l'ensemble mobile (1) après la rupture de l'éprouvette (5) sont formés par deux couples émetteur-récepteur (20a, 20b et 21a, 21b) de deux faisceaux laser, situés sur la trajectoire de l'ensemble mobile (1) à une distance d déterminée l'un de l'autre, dans la zone de chute libre dudit ensemble mobile (1) après la rupture de l'éprouvette (5), le couple (20a, 20b) étant situé avant le couple (21a, 21b) par rapport à la trajectoire dudit ensemble mobile (1). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les émetteurs (10a, lla, 20a, 21a) et les récepteurs (lOb, llb, 20b, 21b) de chaque couple sont situés dans un même plan, perpendiculaire au plan tangent à la trajectoire de l'ensemble mobile (1), de part et d'autre de ladite trajectoire. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les émetteurs (10a, lIa, 20a, 21a) sont des diodes laser émettant un faisceau laser d'une longueur d'onde d'environ 670 nanomètres. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les récepteurs (lOb, llb, 20b, 21b) sont des photodiodes dont la surface sensible est supérieure à 4mm2, de préférence égale à 5mm2. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque émetteur (lOa, lla, 20a, 21a) émet un faisceau laser défocalisé dont le diamètre de la tache lumineuse sur le récepteur correspondant (lOb, llb, 20b, 21b) est supérieur au diamètre de la surface sensible dudit récepteur. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque émetteur (lOa, lla, 20a, 21a) émet un faisceau laser défocalisé dont le diamètre de la tache lumineuse sur le récepteur correspondant (10, llb, 20b, 21b) est égal à 5 fois le diamètre de la surface sensible dudit récepteur. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 ou 6, caractérisé en ce que chaque récepteur (lOb, llb, 20b, 21b) est muni d'un masque sur sa face sensible, percé d'une fente horizontale. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les récepteurs (lOb, llb), respectivement (20b, 21b) de chaque moyen (10, 20) sont reliés à un compteur (7, 8) mesurant l'intervalle de temps T et T' nécessaire à l'ensemble mobile (1) pour parcourir la distance d entre les récepteurs (lOb, llb), respectivement (20b, 21b).