Brevet FR2822544A3 — publié le 20020927

FR 2822544 A3 20020927 FR 0203486 A 20020320 Clé dynamométrique munie d'un système de mesure électro- optique Champ technique L'invention concerne une clé dynamométrique destinée à appliquer et/ou mesurer une précontrainte prédéterminée, notamment de vis et/ou d'écrous, comprenant (a) un élément de flexion se déformant en fonction du couple appliqué, (b) un système de mesure et de traitement destiné à saisir le couple au niveau de l'élément de flexion et c) un affichage destiné à afficher le couple. Etat de la technique Les clés dynamométriques sont connues en soi. Elles sont par exemple utilisées pour serrer des vis ou des écrous avec un couple défini ou pour déterminer leur couple. A l'heure actuelle, on connaît des clés dynamométriques mécaniques et électroniques ainsi que des combinaisons de clés dynamométriques mécaniques et électroniques. Les clés dynamométriques mécaniques sont par exemple déjà connues grâce à la demande de brevet européen 0167992 Al, ainsi qu'à la demande allemande DE 37 10 401 Al. Les clés dynamométriques mécaniques saisissent le couple à l'aide d'un capteur de force mécanique et montrent le résultat sur un comparateur à cadran ou donne un signal en cas de couple préréglé. Le calibrage des clés dynamométriques mécaniques connues n'est pas pratique et est relativement compliqué parce que le capteur de force et le comparateur à cadran doivent être synchronisés l'un sur l'autre de façon correspondante. Les clés dynamométriques mécaniques présentent en outre l'inconvénient que les valeurs de mesure ne peuvent pas être directement documentées par l'instrument de mesure. Les combinaisons de clés dynamométriques mécaniques et électroniques sont d'un maniement un peu plus pratique. Dans le cas de ces clés dynamométriques, le couple est déterminé à l'aide d'un capteur de force mécanique et évalué à l'aide d'un dispositif électronique disposé à la suite. La représentation du couple obtenu a lieu finalement par l'intermédiaire d'un affichage numérique électronique. Dans le cas de ces clés dynamométriques, seul le comparateur à cadran est échangé contre un dispositif d'affichage électronique. Les problèmes de ces instruments de mesure combinés, notamment le calibrage, sont comparables à ceux des clés dynamométriques purement mécaniques. En outre, on connaît, par exemple grâce au fascicule de brevet européen EP 0 372 247, des clés dynamométriques électriques pour lesquelles le couple est déterminé par l'intermédiaire d'une baguette de flexion. Deux bandes de mesure de l'allongement livrant un signal électrique à un dispositif électronique en fonction de leur déformation sont collées sur la baguette de flexion. Le dispositif électronique évalue ces signaux électriques et livre la valeur du couple présente à ce moment-là à un affichage (numérique). Le traitement électronique des valeurs de mesure présente l'avantage par rapport aux clés dynamométriques mécaniques que les valeurs mesurées peuvent être plus facilement documentées. Les clés dynamométriques connues présentent l'inconvénient que les applications des bandes de mesure de l'allongement pour clés dynamométriques sont très compliquées. Ceci est particulièrement dû au fait que les bandes de mesure de l'allongement doivent être collées avec exactitude. Le collage a lieu à l'heure actuelle manuellement, ce qui fait que les frais d'une telle clé dynamométrique sont relativement élevés. En outre, les signaux électriques générés par les bandes de mesure de l'allongement sont très faibles et doivent faire par conséquent l'objet d'une réamplification. Grâce à cette disposition on peut également amplifier et traiter des signaux perturbateurs légèrement indésirables qui influencent et faussent le mesurage et le résultat du couple respectivement. Révélation de l'invention L'invention a par conséquent pour but de remédier aux inconvénients de l'état de la technique et de créer une clé dynamométrique avantageuse financièrement dont le calibrage soit facile et le plus pratique possible à tous les points de vue. En outre, l'invention a pour but d'obtenir un signal de mesure le plus exact possible sans ou avec peu d'amplification, les résultats de mesure obtenus pouvant être documentés. Conformément à l'invention, le problème est résolu par le fait que, dans le cas d'une clé dynamométrique de l'espèce mentionnée ci-dessus, (d) le système de mesure et de traitement fait l'objet d'un développement électro-optique, (i) une source de lumière destinée à générer un rayon de lumière dont la déviation et/ou l'intensité respective est mise en corrélation avec le couple appliqué étant prévue, (ii) et un capteur de lumière saisissant les changements de ce rayon de lumière étant prévu dans le système de mesure électro-optique. L'invention repose sur le principe d'utilisation des propriétés, telles la linéarité ou l'intensité, du rayon de lumière. Un rayon de lumière droit couplé directement ou indirectement à l'élément de flexion change sa direction ou son intensité dès que l'élément de flexion est sollicité par une charge. La corrélation entre le couple et la déviation et/ou l'intensité respective du rayon de lumière a lieu ainsi par l'intermédiaire de l'élément de flexion. Pour ce faire, le rayon de lumière est par exemple soit dirigé sur l'élément de flexion soit la source de lumière y est disposée directement de façon appropriée. Un capteur de lumière fixe par rapport à la baguette de flexion peut détecter ce changement de direction du rayon de lumière ou un changement d'intensité. Il est évident que la source de lumière peut avoir également une disposition fixe et que le capteur de lumière peut être prévu sur l'élément de flexion étant donné que les rapports sont juste inversés. En outre, l'invention a également pour objet la modification du degré d'intensité d'un rayon de lumière par un couple agissant sur la clé dynamométrique. La modification du couple influence indirectement, par l'intermédiaire de la baguette de flexion, l'intensité du rayon de lumière frappant un capteur de lumière. Ainsi, on peut déterminer le couple grâce à un calibrage approprié. En ce qui concerne la compacité nécessaire, il s'est avéré être avantageux que la source de lumière soit développée en diode luminescente ou en diode laser. Ces composants s'obtiennent aisément et peuvent être bien intégrés dans de telles clés dynamométriques. Pour ce qui est de la compacité et des coûts, il en va de même pour les capteurs de lumière devant être utilisés s'ils sont développés en phototransistors ou en photodiodes. Dans les cas des phototransistors ou des photodiodes, on peut mesurer facilement l'intensité rayonnante. Si la disposition optique exige que des intensités spatiales soient également détectées, par exemple en saisissant l'orientation du rayon de lumière, le capteur de lumière est alors développé, dans une exécution préférée, en alignement/réseau CCD. CCD est l'abréviation courante en anglais pour"Charge Couple Device" (dispositif à couplage de charge). Un CCD est un composant semi-conducteur à couplage de charge servant à convertir des signaux optiques en signaux électriques, l'information étant mémorisée et transmise sous forme de charges électriques. Dans une exécution préférée de l'invention, la source de lumière ne se trouve pas directement sur l'élément de flexion. Dans ce but, on a prévu au lieu de cela un dispositif de déviation correspondant muni de moyens optiques usuels pour le rayon de lumière qui couplent le rayon de lumière à l'élément de flexion et le dévient sur le capteur de lumière fixe. Un aspect de l'invention consiste à prévoir maintenant des moyens électroniques destinés à traiter et à évaluer les signaux électriques livrés par le capteur de lumière. Dans le cas de signaux du capteur de lumière très faibles, on peut également mettre en application un amplificateur de signaux entre le capteur de lumière et le circuit électrique. En outre, un convertisseur analogique/numérique générant un signal numérique à partir du signal analogique est prévu pour le traitement de signaux, dans le cas du traitement numérique. La valeur du couple traitée est finalement représentée, dans une exécution préférée, sur un affichage numérique. Afin que la clé dynamométrique soit également aisément maniable pour les non-initiés, on a prévu des moyens destinés à calibrer la clé dynamométrique. Les sources de lumière partent avantageusement d'au moins deux points de l'élément de flexion prévus à un écart l'un de l'autre et sont saisies respectivement à l'aide d'un capteur de lumière. Ce moyen permet de ne pas avoir de point d'application des forces parce que l'on part de différents points de mesure de l'élément de flexion. D'autres avantages résultent de l'objet des sousrevendications. Courte description du dessin La fig. 1 montre un premier exemple d'exécution d'une clé dynamométrique conforme à l'invention munie d'une source de lumière réfléchie. La fig. la montre un extrait agrandi du premier exemple d'exécution. La fig. 2 montre un deuxième exemple d'exécution d'une clé dynamométrique conforme à l'invention munie de perçages susceptibles d'être déplacés. La fig. 2a montre un extrait agrandi du deuxième exemple d'exécution. La fig. 3 montre un troisième exemple d'exécution d'une clé dynamométrique conforme à l'invention, un laser à diodes et un alignement CCD. La fig. 3a montre un extrait agrandi du troisième exemple d'exécution. Exemples d'exécutions préférées Une clé dynamométrique conforme à l'invention est désignée par 10 sur la fig. 1. La clé dynamométrique 10 présente un boîtier 12 dans lequel est prévu un élément de flexion 14. Cet élément de flexion 14 est développé en baguette et est relié à un élément de couplage situé dans le domaine avant 18 de la clé dynamométrique 10. Des outils enfichables ou des outils à trou borgne, par exemple munis d'un carré, pour des vis correspondantes peuvent être insérés sur l'élément de couplage 16 ou dedans respectivement. Une poignée 20 entoure le boîtier 12 dans le domaine arrière 22 de la clé dynamométrique 10. Une diode luminescente est désignée par 24. La diode luminescente 24 est disposée dans cet exemple d'exécution directement à côté d'un phototransistor 26. Aussi bien la diode luminescente 24 que le photo transistor 26 sont prévus sur le boîtier 12 devant le domaine de préhension 13 de la clé dynamométrique 10. Le rayon de lumière 28 est orienté par une disposition correspondante de la diode luminescente 24 de telle façon qu'il frappe une surface réfléchissante 32 développée ici en miroir. Comme on peut le voir plus facilement sur l'extrait agrandi de la fig. la, le rayon de lumière 30 est réfléchi par le miroir 32 et frappe dans un angle a le phototransistor 26. Le miroir 32 est disposé sur l'élément de flexion 14. Dès qu'un couple agit sur la clé dynamométrique 10, l'élément de flexion 14 fléchit. Ainsi, la position relative du miroir 32 par rapport au rayon de lumière fixe 28 est modifiée simultanément. D'après la loi optique-les angles d'incidence sont égaux aux angles de réflexion-, l'angle a du rayon de lumière 28 et 30 respectivement change également ainsi. La clé dynamométrique est maintenant calibrée de telle façon que, lorsque la clé dynamométrique 10 n'est pas sollicitée par une charge, le cône du rayon de lumière 30 rayonne avec pleine intensité sur le phototransistor 26. De par l'action d'un couple sur la clé dynamométrique 10 le cône de lumière du rayon de lumière 30 se déplace hors du domaine du phototransistor 26. Le signal d'intensité du phototransistor 26 est affaibli de façon correspondante. Un dispositif électronique 34 traite ce signal d'intensité du phototransistor 26. Le signal d'intensité est amené là par le phototransistor 26 par l'intermédiaire de conduites électriques 27 du dispositif électronique 34. L'intensité du signal représente maintenant l'intensité du couple. Un calibrage correspondant donne lieu à une association couple/signal d'intensité. La valeur de mesure déterminée et traitée est finalement émise par le dispositif électronique 34 et transmise à un affichage numérique 36. La fig. 2 montre un autre exemple d'exécution conforme à l'invention. On a conservé les mêmes signes de référence pour les mêmes éléments que dans le premier exemple. La clé dynamométrique 10 présente de nouveau le boîtier 12. Un élément de flexion 14 développé de nouveau de préférence en baguette et relié à l'élément de couplage 16 situé dans le domaine avant 18 de la clé dynamométrique 10 se trouve dans le boîtier 12. La poignée 20 fabriquée de préférence en plastique se trouve dans le domaine arrière 22 de la clé dynamométrique 10 sur le boîtier 12. Une saillie 38 munie d'un perçage 40 se trouve sur l'élément de flexion. Comme on peut mieux le reconnaître sur l'extrait agrandi-fig. 2a-de cet exemple d'exécution, le boîtier 12 présente une saillie 42 à peu près parallèle à la saillie 38 qui est munie d'un perçage 44. Les perçages 40 et 44 des saillies 38 et 42 respectivement se trouvent directement en face d'un axe de telle façon qu'un rayon de lumière 46 généré par une diode luminescente 48 est mené à travers. Les dimensions des perçages 40,44 sont étudiées de façon correspondante. La diode luminescente 48 est placée sur le boîtier 12 et orientée sur les perçages 40,44. Le rayon de lumière 46 de la diode luminescente 48 mène à un phototransistor 50 en passant par les petits perçages 40, 44. Le phototransistor 50 est également prévu sur le boîtier 12. La diode luminescente 48 et le phototransistor 50 sont ainsi toujours dans une position fixe l'un par rapport à l'autre. Les signaux d'intensité du phototransistor 50 sont traités de la même manière par un dispositif électronique 34, comme dans le premier exemple d'exécution. Le dispositif électronique 34 représente finalement les valeurs du couple mesurées sur un affichage numérique 36. Le fonctionnement de ce deuxième exemple d'exécution est dans le fond le même que celui du premier : sous l'effet du couple, l'élément de flexion 14 fléchit. Les perçages 40, 44 ne se trouvent ainsi plus très exactement sur un axe. La lumière pénétrante du rayon de lumière 46 qui est maintenant affaiblie frappe ainsi le phototransistor 50 qui transmet, au dispositif électronique 34, un signal d'intensité de même affaibli. Les perçages 40,44 se déplacent l'un vers l'autre en fonction de l'importance du couple devant être déterminé. Le signal d'intensité se met par conséquent en corrélation avec le couple apparaissant. L'intensité du signal représente maintenant l'importance du couple. Un calibrage correspondant donne de nouveau lieu à une association couple/signal d'intensité. La valeur de mesure déterminée et traitée est finalement émise par le dispositif électronique 34 et transmise à l'affichage numérique 36. Le calibrage peut être mémorisé par exemple en tant qu'algorithme et/ou tableau interrogeable dans une mémoire EPROM du dispositif électronique 34. La fig. 3 montre un troisième exemple d'exécution. On a conservé les mêmes signes de référence pour les mêmes éléments que dans les exemples précédents. La clé dynamométrique 10 présente le boîtier 12. L'élément de flexion 14 développé de nouveau de préférence en baguette et relié à l'élément de couplage 16 situé dans le domaine avant 18 de la clé dynamométrique 10 se trouve dans le boîtier 12. La poignée 20 fabriquée de préférence en plastique se trouve sur le boîtier 12 dans le domaine arrière 22 de la clé dynamométrique 10. Un laser à diodes 52 se trouve sur l'élément de flexion 14. Le rayon de lumière du laser à diodes 52 frappe un alignement CCD 54. L'alignement CCD 54 est disposé sur le boîtier 12. Le laser à diodes 52 ainsi que l'alignement CCD 54 sont reliés au dispositif électronique 34. Le fonctionnement de cet exemple d'exécution sera expliqué à l'aide de son extrait agrandi-fig. 3a. Le rayon de lumière du laser à diodes 52 frappe, sans action d'un couple sur la clé dynamométrique 10, dans un certain domaine de l'alignement CCD 54. L'intensité de lumière maximale peut être localisée par l'alignement CCD 54. Si un couple agit maintenant sur la clé dynamométrique, l'élément de flexion 14 fléchit. Mais ainsi, la direction du rayon de lumière change aussi car le laser à diodes 52 est disposé sur l'élément de flexion 14. La position de l'intensité maximale du rayon de lumière sur l'alignement CCD 54 se trouve maintenant à un autre endroit. En localisant l'intensité maximale sur l'alignement CCD, on peut associer un certain couple à l'endroit correspondant. Chaque couple présente sur l'alignement CCD une autre intensité maximale. L'endroit de l'intensité maximale représente maintenant l'importance du couple. La direction du couple peut également être facilement fixée par ce moyen. On peut déterminer en fonction de l'orientation du rayon de lumière s'il s'agit d'une mesure de droite ou d'une mesure de gauche. Un calibrage correspondant donne lieu à une association couple/endroit. La valeur de mesure déterminée et traitée est finalement émise par le dispositif électronique 34 et transmise à un affichage numérique 36. Revendications 1. Clé dynamométrique (10) destinée à appliquer et/ou mesurer une précontrainte prédéterminée, notamment de vis et/ou d'écrous, comprenant (a) un élément de flexion (14) se déformant en fonction du couple appliqué, (b) un système de mesure et de traitement (34) destiné à saisir le couple au niveau de l'élément de flexion (14) et c) un affichage (36) destiné à afficher le couple, caractérisée par le fait que (d) le système de mesure et de traitement (34) fait l'objet d'un développement électro-optique, (i) une source de lumière (24) destinée à générer un rayon de lumière (28,30) dont la déviation et/ou l'intensité respective est mise en corrélation avec le couple appliqué étant prévue, (ii) et un capteur de lumière (26) saisissant les changements de ce rayon de lumière (28,30) étant prévu dans le système de mesure électro-optique. 2. Clé dynamométrique (10) selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la source de lumière est développée en diode luminescente (24). 3. Clé dynamométrique (10) selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la source de lumière est développée en laser à diodes (52). 4. Clé dynamométrique (10) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le capteur de lumière est développé en phototransistor (26) ou en photodiode. 5. Clé dynamométrique (10) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le capteur de lumière est développé en alignement CCD (54). 6. Clé dynamométrique (10) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par un dispositif de déviation (32) pour le rayon de lumière. 7. Clé dynamométrique (10) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que des moyens électroniques (34) destinés à traiter et à évaluer les signaux électriques livrés par le capteur de lumière (26) sont prévus. 8. Clé dynamométrique (10) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que l'affichage (36) fait l'objet d'un développement numérique. 9. Clé dynamométrique (10) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que des moyens destinés à calibrer la clé dynamométrique (10) sont prévus. 10. Clé dynamométrique (10) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée par le fait que la corrélation entre le couple et la déviation et/ou l'intensité respective du rayon de lumière (28,30) a lieu par l'intermédiaire de l'élément de flexion (14). 11. Clé dynamométrique (10) selon la revendication 10, caractérisée par le fait que les sources de lumière partent d'au moins deux points de l'élément de flexion (14) prévus à un écart l'un de l'autre et sont saisies respectivement à l'aide d'un capteur de lumière (26).