Brevet FR2901021A1 — publié le 20071116

-1- DISPOSITIF D'ETALONNAGE POUR UN CAPTEUR DE COUPLE DE SERRAGE DESCRIPTION 10 DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif permettant d'étalonner un capteur de couple de serrage. 15 Un capteur pour mesurer un couple de serrage est un moyen fonctionnant sur la base d'une mesure de déformation d'un corps d'épreuve. Le corps d'épreuve du capteur porte des jauges de contraintes, qui sont situées de part et d'autre du corps d'épreuve. Des éléments lecteurs sont associés aux jauges et suivent leur déformation. Ces éléments lecteurs interprètent les informations correspondant à une déformation du 20 corps d'épreuve et envoient des signaux électriques à une unité de calcul. Un décalage de phase existant entre deux signaux exprime une déformation du corps d'épreuve entre les deux sections où sont situées les jauges et cette déformation est proportionnelle au couple appliqué. Dans ce cas, l'unité génère une tension correspondant à la valeur de couple appliquée. 25 Pour obtenir une bonne précision, une phase de calibrage s'avère nécessaire, soit en fin de fabrication d'un nouveau capteur de couple sortant d'une chaîne de production, soit pour un recalibrage lors d'une révision d'un capteur de couple. Différents dispositifs d'étalonnage pour capteurs de couple existent, mais ils sont complexes à mettre en oeuvre. 30 -2-ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le document EP- 1.313.638 décrit un procédé d'auto-étalonnage d'un angle de torsion mesuré par un capteur de couple et d'angle. Dans une étape de calibration, sans qu'un couple ne soit appliqué à l'arbre de torsion, un nombre prédéterminé de mesure d'angle est réalisé. Deux roues encodées mesurent, aussi précisément que possible, l'angle de rotation pendant chaque mesure. Les paires d'angles sont moyennées et stockées avec leur valeur différentielle dans une unité d'évaluation. Dans une deuxième étape, lorsqu'un couple est appliqué sur l'arbre, le nouvel angle de torsion est mesuré par les deux roues encodées, puis corrigé avec la valeur différentielle stockée au préalable. Cependant, un tel capteur n'agit que par simple réajustement de valeurs obtenues. Un tel procédé pour un capteur de couple ne permet pas de réaliser un étalonnage à partir de valeurs connues de couples de torsion. On connaît par exemple d'après le document JP- 2000.019.049 un dispositif destinés à étalonner un capteur de couple pour un alternateur. Ce dispositif consiste à placer le capteur de couple de torsion, avec son arbre de torsion à plat, sous une contrainte angulaire, générée à l'aide d'un bras calibré et de masses. Cependant, un tel dispositif à système de type bras-masse présente l'inconvénient d'offrir des couples parasites qui perturbent le processus d'étalonnage et qui nécessitent en outre deux opérations d'étalonnage supplémentaires, une pour le bras et une pour les masses. Le document JP- 2001.133.350 présente un dispositif d'étalonnage pour un capteur de couple. Le capteur et son arbre de torsion sont placés à l'horizontale et reliés à un cadre jouant le rôle de bras. Le cadre est mis en rotation au moyen de masses. Au centre du cadre est prévu un palier à air, afin de minimiser les frottements. Le palier à air sert également à contrôler le montage correct du capteur de couple. Cependant, outre les inconvénients déjà mentionnés pour le document précédent, la pression existant dans le palier à air risque de générer un couple parasite, venant alors 30 fausser les mesures de couple et ainsi l'étalonnage. EXPOSÉ DE L'INVENTION Un problème principal que se propose de résoudre l'invention consiste à mettre au point un dispositif permettant d'étalonner un capteur de couple de serrage. Un deuxième problème est celui d'utiliser un dispositif pour étalonner avec précision un capteur de couple. Un troisième problème de réaliser un dispositif d'étalonnage n'exigeant pas d'étapes de calibrations préalables s'avérant longues et complexes. Un autre problème encore est d'obtenir un dispositif d'étalonnage ne générant pas ou peu de phénomènes de couples ou de frottements parasites, venant mécaniquement perturber les couples de serrage utilisés à titre de référence. L'invention concerne donc un dispositif d'étalonnage pour un capteur de couple de serrage devant être étalonné, comprenant un générateur de couple de torsion. Conformément à un aspect de la présente invention, le dispositif d'étalonnage est caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de couple de serrage de référence. Ce capteur de couple de serrage de référence est mécaniquement accouplé au capteur de couple de serrage devant être étalonné, de façon à soumettre simultanément le capteur de couple de serrage devant être étalonné et le capteur de couple de serrage de référence à une même valeur de couple de torsion, générée et mécaniquement transmise par le générateur de couple de torsion. Un étalonnage se fait par une comparaison directe de la valeur de couple de torsion mesurée par le capteur de couple de serrage de référence avec la valeur de couple de torsion mesurée par le capteur de couple de serrage devant être étalonné. Autrement dit, le générateur de couple exerce des contraintes de torsion préétablies, successives, et constantes, à la fois au capteur de couple devant être étalonné et au capteur de couple de référence. Le capteur de couple devant être étalonné va être séquentiellement soumis aux mêmes couples de torsion. Les valeurs de couple de torsion mesurées par le capteur de couple de serrage de référence et par le capteur de couple de serrage devant être étalonné sont comparées les unes après les autres et permettent d'obtenir le calibrage du capteur de couple de serrage devant être étalonné. -3 2901021 -4- Le générateur de couple de torsion peut être préférentiellement mécaniquement accouplé à une première extrémité d'un arbre de torsion du capteur de couple de serrage devant être étalonné. Par voie de conséquence, le capteur de couple de serrage de référence peut être mécaniquement accouplé à une deuxième extrémité de l'arbre de 5 torsion du capteur de couple de serrage devant être étalonné. De manière particulièrement favorable, le capteur de couple de serrage de référence, le capteur de couple de serrage devant être étalonné et le générateur de couple de torsion peuvent être alignés verticalement. Le capteur de couple de serrage de référence peut être positionné au dessus du capteur de couple de serrage devant être 10 étalonné. Et par voie de conséquence, ce capteur de couple de serrage devant être étalonné peut être positionné au dessus du générateur de couple de torsion. Cette disposition permet d'éviter une utilisation de roulements à bille, de paliers et d'autres systèmes de stabilisation du capteur devant être étalonné. Les effets de couples de serrages parasites venant perturber la chaîne de transmission des couple de serrage sont 15 fortement diminués. Le capteur de couple de serrage devant être étalonné peut être relié au générateur de couple de torsion par l'intermédiaire d'un système d'embrayage servant à l'accouplement. Le générateur de couple de torsion peut être un moteur électrique. Le générateur de couple de torsion peut être avantageusement piloté par le capteur de 20 couple de serrage de référence. Ainsi, le capteur de couple de serrage de référence permet de piloter le moteur, grâce à l'utilisation d'une carte d'acquisition. Le pilotage du générateur de couple de torsion est assuré au travers d'une carte d'acquisition, qui à partir des informations récupérées sur le capteur de couple de serrage de référence modifie les paramètres de 25 régulation du générateur de couple de torsion et de ce fait le couple à appliquer. De manière à éviter tout risque de désalignement entre le capteur de couple de serrage de référence et le capteur de couple de serrage devant être étalonné et le générateur de couple de torsion, les pièces suivantes peuvent être utilisées, afin de garantir le bon alignement de la ligne. De préférence, le dispositif d'étalonnage peut 30 comprendre une première pièce d'accouplement. Cette première pièce d'accouplement peut être disposée entre le générateur de couple de torsion et la première extrémité de l'arbre de torsion du capteur de couple de serrage devant être étalonné. 2901021 -5 Le dispositif d'étalonnage peut également préférentiellement comprendre une deuxième pièce d'accouplement. Cette deuxième pièce d'accouplement peut être disposée entre la deuxième extrémité de l'arbre de torsion du capteur de couple de serrage devant être étalonné et une extrémité libre d'un arbre de torsion du capteur de 5 couple de serrage de référence. La première et deuxième pièce d'accouplement sont analogues et permettent de coupler mécaniquement différents types de capteur de serrage. Le dispositif d'étalonnage peut favorablement comprendre une troisième pièce d'accouplement. Cette troisième pièce d'accouplement peut être intercalée entre la 10 deuxième pièce d'accouplement et l'extrémité libre de l'arbre de torsion du capteur de couple de serrage de référence. De manière avantageuse, la première pièce d'accouplement peut présenter des galets latéraux. Chacun de ces galets peut être destiné à venir en appui au fond d'une gorge ménagée dans une zone de maintien du générateur de couple de torsion. La 15 deuxième pièce d'accouplement peut également avantageusement présenter des galets latéraux. Chacun de ces galets peut être destiné à venir en appui au fond d'une gorge ménagée dans la troisième pièce d'accouplement. Les galets permettent d'obtenir une très faible surface de contact entre les différents éléments accouplés. La troisième pièce d'accouplement peut comprendre une membrane souple. Cette 20 membrane peut être destinée à compenser les désalignements entre l'arbre de torsion du capteur de couple de serrage devant être étalonné et l'arbre de torsion du capteur de couple de serrage de référence. 25 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera bien comprise et ses divers avantages et différentes caractéristiques ressortiront mieux lors de la description suivante, de l'exemple non limitatif de réalisation, en référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : 30 - la Figure 1 représente une vue générale en perspective du dispositif d'étalonnage selon l'invention ; -la Figure 2 représente une vue en perspective partielle agrandie de l'espace intérieur d'étalonnage ; 2901021 -6 - la Figure 3 représente une vue latérale partielle de la partie supérieure avec le capteur de couple de référence ; - la Figure 4 représente une vue en perspective éclatée de la deuxième pièce d'accouplement, prête à coopérer avec une troisième pièce d'accouplement ; et 5 - la Figure 5 représente une vue en perspective éclatée de la première pièce d'accouplement, prête à coopérer avec le générateur de couple de torsion. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS 10 Comme l'illustre la Figure 1, un dispositif d'étalonnage (1) pour un capteur de couple non étalonné et devant être étalonné (2) comprend des organes de commande et de calcul (3), situés de part et d'autre d'un espace intérieur d'étalonnage (4) présentant un côté ouvert vers l'extérieur. Pendant les mesures pour l'étalonnage, l'espace intérieur 15 (4) est fermé par un système de protection sur glissière (6). Le capteur non étalonné (2) est disposé dans l'espace intérieur (4), afin d'être étalonné par le dispositif (1). Le dispositif d'étalonnage (1) comprend un générateur de couple de torsion (7). Le générateur (7) est un moteur électrique. Une extrémité d'un pivot (8) du générateur (7), se présentant sous la forme d'un plateau cylindrique, fait saillie dans l'espace 20 intérieur (4). Un embrayage, décrit par la suite, est prévu au niveau de cette extrémité du pivot (8) du générateur (7). Le capteur non étalonné (2) est positionné sur l'extrémité du pivot (8) du générateur (7). Ce capteur non étalonné (2) est monté verticalement, de façon à placer une première et une deuxième extrémité libre de son arbre de torsion (non visibles dans 25 les Figures) à la verticale. La première extrémité de l'arbre de torsion du capteur non étalonné (2) vient coopérer avec l'extrémité du pivot (8) du générateur (7). Conformément à l'invention, la deuxième extrémité libre de l'arbre de torsion du capteur non étalonné (2) vient coopérer avec une extrémité libre (9) d'un arbre de torsion (non visibles dans les Figures) d'un capteur de couple de référence (10). Ainsi, 30 l'extrémité du pivot (8) du générateur (7), la première extrémité libre de l'arbre de torsion du capteur non étalonné (2), la deuxième extrémité libre de l'arbre de torsion du capteur non étalonné (2) et l'extrémité libre (9) de l'arbre de torsion du capteur de référence (10) sont situées sur un même axe vertical (Z). 2901021 -7- Avec l'invention, le capteur non étalonné (2) et le capteur de référence (10) sont soumis à la même contrainte de couple engendrée par le générateur (7). L'étalonnage se fait par comparaison directe capteur ù capteur des valeurs mesurées par le capteur de référence (10), puis par le capteur non étalonné (2). Le moteur du générateur (7) est 5 piloté par le capteur de référence (10). Le capteur de référence (10) va envoyer des signaux au moteur du générateur (7), en fonction des valeurs de couple qu'il mesure. Le capteur de référence (10) est accouplé mécaniquement (voir Figure 3) par sa partie supérieure à un limiteur de couple (11), qui permet d'éviter tout risque de détérioration. 10 Une première pièce d'accouplement (12a) permet un couplage, analogue à un système d'embrayage (voir Figures 2 et 5), sans vibrations, sans couples parasites et avec des frottements extrêmement réduits, entre l'extrémité du pivot (8) du générateur (7) et la première extrémité libre de l'arbre de torsion du capteur non étalonné (2). Le couple de torsion transmis par le générateur (7) doit se répercuter sans perte sur le 15 capteur non étalonné (2). Comme le montre la Figure 5, la première pièce d'accouplement (12a) comprend un corps cylindrique central (13). Une prise (14) fait saillie vers le haut à partir du corps (13), selon l'axe vertical (Z). La prise (14) vient s'engager dans le capteur non étalonné (2) sur sa première extrémité libre de son arbre de torsion. Trois galets (16) se déploient 20 latéralement à partir du corps (13) de la première pièce d'accouplement (12a), disposés à 120 les uns par rapport aux autres, formant un tripode. Pour assurer la fixation de la première pièce d'accouplement (12a), l'extrémité du pivot (8) comprend une platine supérieure (17). Trois nervures en arc de cercle (18) se déploient vers le haut avec un même diamètre sur un même cercle à partir de la platine 25 (17). Ces trois nervures (18) sont respectivement séparées entre elles par trois gorges (19), s'ouvrant vers le haut et disposés à 120 les unes par rapport aux autres. Les trois gorges (19) présentent ainsi une largeur à peine supérieure au diamètre des trois galets (16). La base du corps (13) de la première pièce d'accouplement se place dans le 30 volume cylindrique délimité par les trois nervures (18). Les trois galets (16) de la première pièce d'accouplement (12a), pointant vers le bas, se logent à plat dans les trois gorges correspondantes (19) de la platine supérieure (17). Lorsque l'extrémité du pivot (8) et la platine (17) tournent, la première pièce d'accouplement (12a) est entraînée en 2901021 -8 rotation, les trois galets (16) venant toucher les trois gorges correspondantes (19), chacun par une petite ligne d'appui. Cette coopération galets-gorges permet un autocentrage. De cette manière, le couple est transmis par la première pièce d'accouplement 5 (12a), par la prise (14), à la première extrémité libre de l'arbre de torsion du capteur non étalonné (2). L'arbre de torsion du capteur non étalonné (2) va être fermement maintenu sur le générateur (7) par l'intermédiaire de la première pièce d'accouplement (12a), tout en gardant des points de contacts réduits au minimum et en respectant strictement l'alignement selon l'axe vertical (Z). 10 Comme le montre la Figure 4, une deuxième pièce d'accouplement (12b) permet un couplage, sans vibrations, sans couples parasites et avec des frottements extrêmement réduits, entre la deuxième extrémité libre de l'arbre de torsion du capteur non étalonné (2) et l'extrémité libre (9) de l'arbre de torsion du capteur de référence (10). Le couple de torsion transmis au départ par le générateur (7) doit se répercuter 15 sans perte sur le capteur non étalonné (2), puis sans perte sur le capteur de référence (10). La deuxième pièce d'accouplement (12b) est identique à la première pièce d'accouplement (12a). La deuxième pièce d'accouplement (12b) est simplement inversée. La prise (14) fait saillie vers le bas à partir du corps (13), selon l'axe vertical 20 (Z). La prise (14) vient s'engager dans le capteur non étalonné (2) sur sa deuxième extrémité libre de son arbre de torsion. De cette manière, le couple est transmis du capteur non étalonné (2), par la prise (14), à la deuxième pièce d'accouplement (12b). Pour la transmission du couple au capteur de référence (10), la deuxième pièce d'accouplement (12b) vient en prise avec une troisième pièce d'accouplement (21). La 25 troisième pièce d'accouplement (21) comprend un corps inférieur (22) et un corps supérieur (23). Le corps inférieur (22) est un anneau disposé à plat. Le corps supérieur (23) est un cylindre orienté vers le haut selon l'axe vertical (Z). Le corps inférieur (22) est relié au corps supérieur (23) par une membrane souple (24), par exemple réalisée en une tôle fine. La membrane (24) permet de reprendre les désalignements. 30 Pour assurer la fixation de la deuxième pièce d'accouplement (12b), trois gorges (26) sont ménagées dans le corps inférieur (22). Les trois gorges (26) s'ouvrent vers le bas et sont disposés à 120 les unes par rapport aux autres. Les trois gorges (26) présentent une largeur à peine supérieure au diamètre des trois galets (16). 2901021 -9 La base du corps (13) de la deuxième pièce d'accouplement (12b) se place dans le volume cylindrique délimité par le corps inférieur (22) de la troisième pièce d'accouplement (21). Les trois galets (16) de la deuxième pièce d'accouplement (12b) pointant vers le haut, et formant un tripode, se logent à plat dans les trois gorges 5 correspondantes (26) de la troisième pièce d'accouplement (21). Lorsque la deuxième extrémité libre de l'arbre de torsion du capteur non étalonné (2) tourne, la deuxième pièce d'accouplement (12b) est entraînée en rotation, les trois galets (16) venant toucher les trois gorges correspondantes (26), chacun par une petite ligne d'appui. De cette manière, le couple est transmis de la deuxième pièce 10 d'accouplement (12b) à la troisième pièce d'accouplement (21). Cette coopération galets-gorges permet un autocentrage. Le capteur non étalonné (2) est relié au dispositif d'embrayage grâce à la première pièce ou tripode d'accouplement inférieur (12a) et au capteur de référence (10) grâce à la deuxième pièce ou tripode d'accouplement supérieur (12b) qui vient se loger dans la 15 partie supérieure qui est solidaire du capteur de référence (10). La troisième pièce d'accouplement (21) est fermement fixée par serrage à l'extrémité libre (9) de l'arbre de torsion du capteur de référence (10), par l'intermédiaire du corps supérieur (23). Le capteur de référence (10) est soumis à son propre poids et à celui de la deuxième (12b) et troisième (21) pièces d'accouplement. 20 De cette manière, le couple va être transmis par la deuxième pièce d'accouplement (12b) à la troisième pièce d'accouplement (21), puis à l'extrémité libre (9) de l'arbre de torsion du capteur de référence (10). L'arbre de torsion du capteur non étalonné (2) va être fermement maintenu au capteur de référence (10) par l'intermédiaire des deuxième (12b) et troisième (21) pièces d'accouplement, tout en 25 gardant des points de contacts réduits au minimum et en respectant strictement l'alignement selon l'axe vertical (Z). Un mécanisme de blocage, sous la forme d'une tirette (27), permet le désaccouplement du capteur non étalonné (2) du capteur de référence (10). Une fois tirée, la tirette (27) bloque les rotations et les translations selon l'axe vertical (Z) de 30 l'extrémité libre (9) de l'arbre de torsion du capteur de référence (10). La tirette (27) est engagée dès que le capteur non étalonné (2) est installé pour les mesures. Cette tirette (27) protège le capteur de référence (10) lors du démontage et du remontage du capteur non étalonné (2). - 10 - Le réglage en hauteur de la partie supérieure, comprenant le capteur de référence (10), un limiteur de couple, la tirette (27), les deuxième (12b) et troisième (21) pièces d'accouplement, se fait à l'aide d'une commande électrique (28). Un vérin comprimé par deux pistons fait monter et descendre cette partie supérieure sur trois pieds (29). Le réglage est rendu précis par une démultiplication importante. Une cale (31) permet de protéger le capteur non étalonné (2) contre un écrasement selon l'axe vertical (Z). Les capteurs non étalonné (2) appartiennent à la gamme 0 û 20 N.m. L'absence de roulements entre le capteur non étalonné (2) et le capteur de référence (10) permet d'obtenir une différence de couple lu inférieure à 0,25 %. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés. De nombreuses modifications peuvent être réalisées, sans pour autant sortir du cadre défini par la portée du jeu de revendications. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étalonnage pour un capteur de couple de serrage devant être étalonné (2), comprenant un générateur de couple de torsion (7), caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de couple de serrage de référence (10), mécaniquement accouplé au capteur de couple de serrage devant être étalonné (2), de façon à soumettre simultanément le capteur de couple de serrage devant être étalonné (2) et le capteur de couple de serrage de référence (10) à une même valeur de couple de torsion, générée et mécaniquement transmise par le générateur de couple de torsion (7), un étalonnage se faisant par une comparaison directe de la valeur de couple de torsion mesurée par le capteur de couple de serrage de référence (10) avec la valeur de couple de torsion mesurée par le capteur de couple de serrage devant être étalonné (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de couple de torsion (7) est mécaniquement accouplé à une première extrémité d'un arbre de torsion du capteur de couple de serrage devant être étalonné (2), et en ce que le capteur de couple de serrage de référence (10) est mécaniquement accouplé à une deuxième extrémité de l'arbre de torsion du capteur de couple de serrage devant être étalonné (2). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur de couple de serrage de référence (10), le capteur de couple de serrage devant être étalonné (2) et le générateur de couple de torsion (7) sont alignés verticalement (Z), le capteur de couple de serrage de référence (10) étant positionné au dessus du capteur de couple de serrage devant être étalonné (2), ledit capteur de couple de serrage devant être étalonné (2) étant positionné au dessus du générateur de couple de torsion (7). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur de couple de serrage devant être étalonné (2) est relié au générateur de couple de torsion (7) par l'intermédiaire d'un système d'embrayage.- 12 - 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur de couple de torsion (7) est un moteur électrique. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur de couple de torsion (7) est piloté par le capteur de couple de serrage de référence (10). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une première pièce d'accouplement (12a), disposée entre le générateur de couple de torsion (7) et la première extrémité de l'arbre de torsion du capteur de couple de serrage devant être étalonné (2), et une deuxième pièce d'accouplement (12b), disposée entre la deuxième extrémité de l'arbre de torsion du capteur de couple de serrage devant être étalonné (2) et une extrémité libre (9) d'un arbre de torsion du capteur de couple de serrage de référence (10). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une troisième pièce d'accouplement (21), intercalée entre la deuxième pièce d'accouplement (12b) et l'extrémité libre (9) de l'arbre de torsion du capteur de couple de serrage de référence (10). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première pièce d'accouplement (12a) présente des galets latéraux (16) destinés à venir en appui au fond d'une gorge (19) ménagée dans une extrémité du pivot (8) du générateur de couple de torsion (7), et en ce que la deuxième pièce d'accouplement (12b) présente des galets latéraux (16) destiné sà venir en appui au fond d'une gorge (26) ménagée dans la troisième pièce d'accouplement (21). 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la troisième pièce d'accouplement (21) comprend une membrane souple (24), destinée à compenser les désalignements entre l'arbre de torsion du capteur de couple de serrage devant être étalonné (2) et l'arbre de torsion du capteur de couple de serrage de référence (10).