FR2591736A1 - Systeme de mesure du deplacement lineaire d'une tige cylindrique telle qu'une tige de verin, verin adapte pour une telle mesure et son procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
Ce système de mesure consiste à munir la tige 2 d'une graduation de pas n formée par une hélicoïde ou une succession d'anneaux parallèles donnant une succession de traits de largeur n/2, à savoir des traits "noirs" 4 absorbant la lumière et des traits brillants 5 réfléchissant la lumière et à associer à cette tige 2 un capteur de déplacement 11 comprenant au moins deux détecteurs optiques à réflexion directe 13, comprenant chacun un élément émetteur de lumière et un élément photodétecteur, la largeur du faisceau lumineux émis par chaque élément émetteur étant inférieur à la largeur n/2 d'un trait, et les faisceaux lumineux émis étant déphasés l'un par rapport à l'autre d'un angle égal à pi/p étant le nombre de détecteurs optiques que comprend le capteur de déplacement 11. Selon une forme de réalisation préférée, chaque détecteur optique est formé par une paire de fibres optiques accolées, une fibre optique servant d'élément émetteur et l'autre fibre optique étant apte à recevoir le faisceau lumineux réfléchi par les anneaux brillants 5 de la graduation. (CF DESSIN DANS BOPI)
Description
SYSTEME DE MESURE DU DEPLACEMENT LINEAIRE D'UNE TIGE
CYLINDRIQUE TELLE QU'UNE TIGE DE VERIN, VERIN ADAPTE
POUR UNE TELLE MESURE ET SON PROCEDE DE FABRICATION
La présente invention a pour objet un système destiné à permettre la mesure du déplacement linéaire d'une tige cylindrique et notamment d'une tige de vérin, ainsi qu'un vérin adapté à une telle mesure.
CYLINDRIQUE TELLE QU'UNE TIGE DE VERIN, VERIN ADAPTE
POUR UNE TELLE MESURE ET SON PROCEDE DE FABRICATION
La présente invention a pour objet un système destiné à permettre la mesure du déplacement linéaire d'une tige cylindrique et notamment d'une tige de vérin, ainsi qu'un vérin adapté à une telle mesure.
Actuellement, le problème de la mesure du déplacement d'une tige de vérin est un problème important notamment du fait du développement de l'hydraulique et de la pneumatique dites "proportionnelle".
Différents systèmes ont été proposés pour effectuer une telle mesure.
Par exemple, dans le FR-2 216 467, il est proposé d'introduire dans le corps d'un vérin une vis à grand pas, fixe en translation, et tournant dans un écrou fixé sur la tige de vérin, de sorte que le déplacement de celle-ci provoque la rotation de la vis. Le nombre de tours effectués par cette vis est enregistré par un capteur, ce qui permet de connaître le déplacement de la tige de vérin.
Il a été également proposé dans le FR-2 513 370 de placer sur la tige de vérin des aimants permanents de façon à détecter le déplacement de celle-ci.
Enfin, d'autres principes de mesure de déplacement sont basés sur des mesures capacitives, potentiométriques.
Tous ces systèmes de mesure sont fort coûteux à mettre en oeuvre, d'une part, parce qu'ils nécessitent généralement un corps et une tige de vérin spécifiquement adaptés au système de mesure envisagé et, d'autre part, parce qu'ils impliquent l'emploi d'appareils de mesure sophistiqués, comme, par exemple, dans le FR-2 204 792, qui nécessite un perméamètre.
Ces systèmes ne fonctionnent, en outre, généralement qu'en l'absence de rotation de la tige de vérin et des moyens doivent être prévus (Cf. FR-2 203 948) pour éviter une rotation de celle-ci.
Enfin, dans le cas de système à mesure magnétique, I'adjonction d'almants permanents sur la tige peut modifier les caractéristiques de dureté de celle-ci ainsi que son état de surface, ce qui est tout à fait préjudiciable notamment en ce qui concerne la durée de vie des joints d'étanchéité associés à la tige de piston.
Le but de la présente invention est de remédier à ces incon
vénients et de fournir un système de mesure du déplacement linéaire d'une
tige et notamment d'une tige de vérin, qui soit d'un coût peu élevé et qui
n'impose notamment aucune modification interne du corps de vérin, qui
puisse être utilisé avec des tiges de vérin en acier standard, qui permette
une mesure précise, même en cas de rotation de la tige de piston, et qui
préserve toutes les caractéristiques mécaniques et notamment les carac
téristiques d'état de surface et de dureté de la tige de piston du vérin.
vénients et de fournir un système de mesure du déplacement linéaire d'une
tige et notamment d'une tige de vérin, qui soit d'un coût peu élevé et qui
n'impose notamment aucune modification interne du corps de vérin, qui
puisse être utilisé avec des tiges de vérin en acier standard, qui permette
une mesure précise, même en cas de rotation de la tige de piston, et qui
préserve toutes les caractéristiques mécaniques et notamment les carac
téristiques d'état de surface et de dureté de la tige de piston du vérin.
Ce but est atteint en ce que le système de mesure selon
l'invention consiste à munir la tige d'une graduation de pas n formée par
une hélicoïde ou une succession d'anneaux parallèles donnant une succession
de traits de largeur n/2, à savoir des traits "noirs" absorbant la lumière et
des traits "brillants" réfléchissant la lumière, et à associer à cette tige un
capteur de déplacement comprenant au moins deux détecteurs optiques à
ré flexion directe, comprenant chacun un élément émetteur de lumière et un
élément photodétecteur, la largeur du faisceau lumineux émis par chaque
élément émetteur étant inférieur à la largeur (n/2) d'un trait, et les
faisceaux lumineux émis étant déphasés l'un par rapport à l'autre d'un angle
égal à ff ,p étant le nombre de détecteurs optiques que comprend le
capteur de déplacement (n).
l'invention consiste à munir la tige d'une graduation de pas n formée par
une hélicoïde ou une succession d'anneaux parallèles donnant une succession
de traits de largeur n/2, à savoir des traits "noirs" absorbant la lumière et
des traits "brillants" réfléchissant la lumière, et à associer à cette tige un
capteur de déplacement comprenant au moins deux détecteurs optiques à
ré flexion directe, comprenant chacun un élément émetteur de lumière et un
élément photodétecteur, la largeur du faisceau lumineux émis par chaque
élément émetteur étant inférieur à la largeur (n/2) d'un trait, et les
faisceaux lumineux émis étant déphasés l'un par rapport à l'autre d'un angle
égal à ff ,p étant le nombre de détecteurs optiques que comprend le
capteur de déplacement (n).
Chaque détecteur optique peut être formé par une paire de fibres
optiques accolées l'une à l'autre, l'une émettant le faisceau lumineux et
l'autre recevant le faisceau lumineux réfléchi par les anneaux brillants de la
graduation ; à ce moment, une source lumineuse commune peut être prévue
pour toutes les fibres optiques émettrices. Les détecteurs optiques peuvent
également être formés par l'association d'une photodiode et d'un photodé
tecteur.
optiques accolées l'une à l'autre, l'une émettant le faisceau lumineux et
l'autre recevant le faisceau lumineux réfléchi par les anneaux brillants de la
graduation ; à ce moment, une source lumineuse commune peut être prévue
pour toutes les fibres optiques émettrices. Les détecteurs optiques peuvent
également être formés par l'association d'une photodiode et d'un photodé
tecteur.
Un tel capteur de déplacement est connu, par exemple, par le
EP.84 420 204.4 au nom du Demandeur et permet, grâce au déphasage de
ses sources lumineuses, d'avoir une précision multipliée par quatre (dans le
cas de deux photodiodes) par rapport à la précision de la graduation. Ainsi,
par exemple, pour un pas de graduation égal à 0,4 mm,la précision obtenue
sera de 0,1 mm avec deux détecteurs optiques dont le signal de sortie est
transformé en signal carré. Pour plus d'explications, on se reportera à la
description du EP.84 420 204.4 susmentionné.
EP.84 420 204.4 au nom du Demandeur et permet, grâce au déphasage de
ses sources lumineuses, d'avoir une précision multipliée par quatre (dans le
cas de deux photodiodes) par rapport à la précision de la graduation. Ainsi,
par exemple, pour un pas de graduation égal à 0,4 mm,la précision obtenue
sera de 0,1 mm avec deux détecteurs optiques dont le signal de sortie est
transformé en signal carré. Pour plus d'explications, on se reportera à la
description du EP.84 420 204.4 susmentionné.
L'association d'un tel capteur de déplacement à la tige de vérin,
permet donc de mesurer les déplacements effectués par celle-ci sans nécessiter aucune modification de la structure interne même du corps de vérin et à l'aide d'une modification relativement simple à réaliser de la tige de vérin.
permet donc de mesurer les déplacements effectués par celle-ci sans nécessiter aucune modification de la structure interne même du corps de vérin et à l'aide d'une modification relativement simple à réaliser de la tige de vérin.
En outre, dans le cas où la graduation est formée par une succession d'anneaux parallèles, on obtient une lecture identique quelle que soit la position angulaire de la tige de vérin, ce qui élimine donc les risques d'erreur liés à une rotation de cette dernière.
Selon une forme de réalisation préférée, la graduation sur la tige de piston est réalisée par gravure de celle-ci à l'emplacement des anneaux "noirs" et remplissage de ces gravures par un dépôt annulaire noir ayant une dureté au moins égale à celle du matériau constituant tige de vérin.
La gravure sera réalisée de préférence par procédé photochimique et le dépôt de matériau noir par voie électrolytique.
De toute façon, I'invention sera bien comprise et d'autres caractéristiques seront mises en évidence à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexe représentant à titre d'exemples non limitatifs plusieurs formes de réalisation du système de mesure de déplacement selon l'invention et le procédé de fabrication de la tige de vérin
Figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un vérin équipé du système de mesure de déplacement selon l'invention, selon une première forme de réalisation
Figure 2 est une vue en coupe du capteur de déplacement de la figure 1
Figure 3 est une vue en coupe d'une seconde forme de réalisation du capteur de déplacement monté autour de la tige de vérin ; ;
Figure 4 est une vue en bout de figure 3
Figure 5 est une vue similaire à figure 3 d'une troisième forme de réalisation du capteur de déplacement
Figure 6 est une vue en bout de figure 5
Figure 7 est une vue en perspective d'un dispositif de montage pouvant être utilisé pour la réalisation de la graduation de la tige
Figures 8 à 13 sont, à échelle agrandie, des vues schématiques en demi-coupe illustrant les différentes étapes d'un premier procédé de réalisation de la graduation de la tige de vérin
Figures 14 à 17 sont des vues similaires aux figures 9 à 13 illustrant les différentes étapes d'un second procédé de réalisation de la graduation de la tige de vérin.
Figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un vérin équipé du système de mesure de déplacement selon l'invention, selon une première forme de réalisation
Figure 2 est une vue en coupe du capteur de déplacement de la figure 1
Figure 3 est une vue en coupe d'une seconde forme de réalisation du capteur de déplacement monté autour de la tige de vérin ; ;
Figure 4 est une vue en bout de figure 3
Figure 5 est une vue similaire à figure 3 d'une troisième forme de réalisation du capteur de déplacement
Figure 6 est une vue en bout de figure 5
Figure 7 est une vue en perspective d'un dispositif de montage pouvant être utilisé pour la réalisation de la graduation de la tige
Figures 8 à 13 sont, à échelle agrandie, des vues schématiques en demi-coupe illustrant les différentes étapes d'un premier procédé de réalisation de la graduation de la tige de vérin
Figures 14 à 17 sont des vues similaires aux figures 9 à 13 illustrant les différentes étapes d'un second procédé de réalisation de la graduation de la tige de vérin.
Figures îs à 20 sont des vues similaires aux figures 9 à 13 illustrant les différentes étapes d'un troisième procédé de réalisation de la graduation de la tige de vérin.
La figure 1 montre un vérin 1 équipé du dispositif de mesure du déplacement selon l'invention. Ainsi que le montre cette figure, la tige 2 de ce vérin est munie d'une graduation 3 qui est formée d'anneaux 4,5 parallèles alternativement noirs 4 et "brillants" 5.
Ces anneaux 4,5 ont une largeur égale à n /2 (n, pas de la graduation) identique et s'étendent perpendiculairement à la direction longitudinale de la tige de vérin. La largeur de chacun de ces anneaux 4,5 est égale, en l'occurence, à 0,2 mm pour un pas de graduation de 0,4 mm, mais il est bien évident que le pas peut avoir n'importe quelle valeur.
Autour de la tige de vérin 2 est monté le dispositif de mesure du déplacement Il de la tige de vérin 6, proprement dit. Ce dispositif est monté sur une bague 7 qui a, en l'occurrence, une forme parallélépipédique et qui est munie à chacun de ses angles d'un trou 7a lui permettant d'être enfilée sur les tirants la du vérin et d'être fixée à l'extrémité de ce vérin au moyen d'écrous 8. Bien entendu, n'importe quel autre mode de fixation de la bague sur le vérin peut être prévu.
Ainsi que le montre plus particulièrement la figure 2, cette bague 7 présente également un alésage central 9 de diamètre ajusté à frottement doux à celui de la tige 2 du vérin, de façon à permettre le déplacement de celle-ci, cet alésage à ajustement frottant doux permet, en outre, d'obtenir automatiquement la distance focale voulue pour les détecteurs optiques lors du montage industriel sur la tige de vérin.
Cette bague 7 présente également à son extrémité supérieure un logement cylindrique 10 permettant la mise en place du capteur de déplacement 11 qui se présente extérieurement sous la forme d'un manchon cylindrique. Le fonds de ce logement 10 est relié à l'alésage 9 par un perçage 12. A l'intérieur du capteur de déplacement 11 sont logés deux détecteurs optiques à réflexion directe 13 de type connu sous la dénomination commerciale "Leds 1000".Chacun de ces détecteurs optiques 13 comprend une diode électroluminescente, émettant un mince faisceau- lumineux pratiquement parallèle d'une largeur égale à environ 0,2 mm, et un photodétecteur recevant directement le faisceau lumineux émis par la diode associée et réfléchi par les parties brillantes 5 de la graduation 3, et apte à émettre une impulsion électrique à chaque passage sur une graduation 5, c'est-à-dire chaque fois qu'un faisceau lumineux est réfléchi par les parties brillantes 5, ce signal électrique étant transformé, de façon connue en soi, en un signal carré et étant amplifié par des moyens appropriés intégrés dans le capteur Il. Des moyens de comptage cumulé des impulsions électriques émises par chaque photodétecteur sont également montés de façon connue en soi à l'extérieur du capteur de déplacement 11.
Deux joints racleurs 14 sont prévus dans l'alésage 9 de la bague 7, aux extrémités en bout de celle-ci, de façon à essuyer la tige de vérin 2 lors de ses déplacements. De cette façon, les détecteurs optiques 13 se trouvent dans une zone comprise entre deux joints 14, et sont donc dans une zone perpétuellement essuyée et protégée des salissures et projections, qui pourraient perturber la lecture (huile, poussière, copeaux,...).
L'un des joints 14 destiné à être placé du côté du vérin pourrait être éventuellement supprimé ; dans ce cas, les détecteurs optiques 13 seraient toujours dans une zone étanche comprise entre le joint du vérin assurant l'étanchéité entre la tige et le corps du vérin et le joint racleur 14.
La distance entre le fonds 10a du logement 10 et l'extrémité supérieure adjacente de l'alésage 9 est égale à environ 4,5 mm, ce qui correspond à la distance focale des photodétecteurs 13. Lorsque le dispositif de mesure du déplacement est mis en place sur le corps de vérin, la tige de vérin 2 peut se déplacer à l'intérieur de l'alésage 9 et les graduations 4,5 qu'elle porte sont "vues" par les détecteurs optiques 13 par l'intermédiaire du perçage 12.
Le fonctionnement de ce capteur de déplacement est le suivant
Les faisceaux lumineux émis par les diodes des détecteurs optiques 13 sont déphasés d'un angle égal à Tr /2. De cette façon, une même graduation 5 sera "vue" par les deux photodétecteurs 13 à un intervalle de 90 , de sorte que le signal résultant des deux signaux donnés par les photodétecteurs de chaque détecteur 13 comportera, sur une même période, quatre impulsions régulièrement réparties, chaque impulsion correspondant à un front de montée ou à un front de descente, ce qui permet donc de multiplier la précision de la graduation par quatre. Ainsi, en l'occurence, la précision obtenue sera de 0,1 mm, puisque le pas de la graduation est de 0,4 mm.En outre, le déphasage des faisceaux lumineux permet de discriminer, de façon connue en soi, à l'aide de portes ou similaires, le sens de déplacement de la tige 2 par rapport au vérin 1. Pour plus d'explications, on pourra se reporter à la description du EP.84 420 204.4 précédemment mentionné.
Les faisceaux lumineux émis par les diodes des détecteurs optiques 13 sont déphasés d'un angle égal à Tr /2. De cette façon, une même graduation 5 sera "vue" par les deux photodétecteurs 13 à un intervalle de 90 , de sorte que le signal résultant des deux signaux donnés par les photodétecteurs de chaque détecteur 13 comportera, sur une même période, quatre impulsions régulièrement réparties, chaque impulsion correspondant à un front de montée ou à un front de descente, ce qui permet donc de multiplier la précision de la graduation par quatre. Ainsi, en l'occurence, la précision obtenue sera de 0,1 mm, puisque le pas de la graduation est de 0,4 mm.En outre, le déphasage des faisceaux lumineux permet de discriminer, de façon connue en soi, à l'aide de portes ou similaires, le sens de déplacement de la tige 2 par rapport au vérin 1. Pour plus d'explications, on pourra se reporter à la description du EP.84 420 204.4 précédemment mentionné.
On notera que la bague 7 présente l'avantage de pouvoir adapter le capteur de déplacement à plusieurs diamètres de tiges de vérin puisqu'il suffit en effet de modifier le diamètre de l'alésage 9 et la profondeur du logement 10 en conservant la distance, entre le fonds 10a de celle-ci et l'alésage, égale à la distance focale des détecteurs optiques, soit 4,5 mm comme indiqué précédemment.
Bien entendu, chacun des détecteurs optiques décrits ci-dessus pourrait être également formé par une paire de fibres optiques, l'une "émettrice" conduisant le faisceau lumineux issu d'une source et l'autre "réceptrice" recevant le faisceau lumineux réfléchi par la graduation ou par tout autre détecteur optique connu. Dans ce cas, le fonctionnement serait identique et une source de lumière commune pourrait être prévue pour l'ensemble des fibres optiques "émettrices".
On notera que le capteur de déplacement ainsi obtenu est particulièrement solide et résistant.
En outre, avec sensiblement le même montage, c'est-à-dire un appareil formé d'un corps cylindrique et d'une tige coulissant à l'intérieur, et munie de la graduation 3 décrite ci-dessus, mais sans l'alimentation en fluide, on peut obtenir un dispositif de mesure (de type "pompe à vélo") pouvant être fixé à chacune de ses extrémités, d'une part, sur un objet mobile dont on peut mesurer le déplacement et, d'autre part, en un point fixe de référence. Ainsi, chaque déplacement de l'objet mobile se traduira par un déplacement correspondant, et pouvant être mesuré, de la tige du dispositif. Un tel dispositif de mesure peut être avantageusement utilisé pour la mesure du déplacement d'éléments mobiles tels que des leviers, bielles...etc, sur lesquels il n'est pas possible de fixer un capteur de déplacement de type classique.
Les figures 3 à 6 montrent d'autres exemples de montage du dispositif de mesure de déplacement sur le vérin, où la cale et le détecteur sont intégrés en une seule pièce pour les besoins d'une production en série.
Dans le cas des figures 3 et 4, chacun des deux détecteurs optiques 13 est monté dans un manchon cylindrique 15 muni d'un alésage central 15a de diamètre ajusté au diamètre de la tige de vérin 2. Ainsi que le montre plus particulièrement la figure 4, les deux détecteurs optiques 13 sont montés décalés angulairement d'environ 300, mais de façon que leurs axes médians soient situés sensiblement dans un même plan perpendiculaire de la tige de vérin 2. En fait, leurs axes médians sont décalés d'une valeur égale à un quart de graduation, soit 0,1 mm, dans la direction longitudinale de façon à réaliser le déphasage des faisceaux lumineux. Le manchon 15 est fixé de toute façon connue en soi au corps de vérin 1 et peut être par exemple simplement fixé sur les tirants la de ce vérin à l'aide d'écrous, comme indiqué précédemment pour la bague 7.
Dans le cas des figures 5 et 6, chacun des deux détecteurs optiques 13 est monté dans un manchon cylindrique 25 muni d'un alésage central 25a de diamètre ajusté au diamètre de la tige de vérin 2.
Contrairement au cas précédent, les deux détecteurs 13 ne sont pas placés de façon que leurs axes soient sensiblement dans un même plan transversal de la tige de vérin, mais qu'ils soient, au contraire, alignés le long d'une génératrice de celle-ci.
Dans les deux cas, I'un des deux détecteurs 13 est monté dans le manchon 15,25 par l'intermédiaire d'une bague en matière élastique 26 sur laquelle appuie une vis 27 s'étendant longitudinalement par rapport à la direction du manchon 15,25. Cette vis 27 permet de modifier légèrement la position du détecteur optique 13 et donc de régler le déphasage entre les deux détecteurs 13, ceux-ci devant être séparés d'une distance égale à un multiple du pas de la graduation augmentée de n/4. Ce même principe de réglage peut être utilisé pour le dispositif des figures 1 et 2.
Les figures 7 à 20 illustrent trois possibilités de réalisation de la graduation 3 sur la tige de vérin 2, celle-ci devant être réalisée sans modifier l'état de surface de la tige, ni en altérer la dureté.
La figure 7 montre tout d'abord un dispositif de montage pouvant être utilisé pour la réalisation de la graduation dans les deux cas illustrés dans les figures s à 17. Ce dispositif de montage est formé par un tour 30 sur lequel la tige de piston 2 devant être munie de la graduation 3 est montée entre pointes. Un laser 31 est monté sur le chariot transversal 32 du tour. Ce laser 31 est positionné de façon que son faisceau lumineux 33 vienne frapper la tige de vérin 2, selon une direction perpendiculaire à celle-ci. La tige de vérin 2 est animée par la rotation de la tête de tournage d'un mouvement de rotation indiqué par la flèche 34, tandis que le chariot 32 se déplace transversalement pas à pas dans la direction indiquée par les flèches 35.Le déplacement pas à pas de ce chariot 32 est égal au pas de la graduation soit 0,4 mm, tandis que le faisceau du laser est réglé de façon à avoir une épaisseur de 0,2 mm, ce qui correspond donc à un demi-pas ou à la largeur d'une graduation 4,5.
On connu il aisément que par rotation de la tige de vérin 2, on réalisera l'insolation de celie-ci à l'aide du laser selon des anneaux de largeur égale à 0,2 mm et que la graduation 3 désirée, c'est-à-dire la suite d'anneaux 4,5 sera réalisée par déplacements successifs de 0,4 mm du chariot et insolation de la tige seulement tous les 0,4 mm.
Bien entendu, avec une avance appropriée du chariot 32 portant le laser 31, c'est-à-dire un déplacement en continu de celui-ci, la tige 2 de vérin sera insolée selon une tige hélicoïdale, définissant ainsi des traits de graduation selon le pas voulu.
Selon un premier procédé illustré par les figures 8 à 13, la graduation 3 de la tige de vérin 2 est réalisée de façon photochimique.
Tout d'abord, la tige de vérin 2 qui est revêtue d'une couche de chrome dur 40, qui a une dureté égale à environ 750 Vickers et qui a une épaisseur d'environ 12 microns, est revêtue d'une couche de vernis photosensible 41 sur toute sa surface externe. Ce revêtement par du vernis est réalisé de façon connue en soi par trempage de la tige de vérin 2 dans un bain de ce vernis ou par pulvérisation.
La tige 2 ainsi revêtue du vernis protecteur est mise en place sur le dispositif montré à la figure 7- et est insolée par rotation et déplacement du laser 31 comme expliqué précédemment sur des anneaux parallèles 43 de largeur égale à 0,2 mm et distants de 0,4 mm. Les parties 43 du vernis photosensible ayant été insolées, elles sont ensuite enlevées par décapage approprié réalisé par exemple par trempage dans un bain décapant et forment alors des rainures annulaires 43a. On obtient la configuration montrée à la figure 9 dans laquelle la tige de piston 2 est revêtue de la couche de chrome dur 40 et comporte également des anneaux 44 de vernis photosensible décalés chacun de 0,4 mm et séparés par des rainures annulaires 43a.
Cette tige de piston 2 est ensuite attaquée chimiquement par trempage dans un acide approprié au métal constituant le revêtement de cette tige.
On obtient alors la configuration montrée à la figure 10 dans laquelle le revêtement 40 de la tige de piston 2 est creusé selon les anneaux 45 correspondant au vide 43 laissé par le vernis qui a été insolé et enlevé et dans laquelle les parties situées entre les gravures 45 en forme d'anneau sont encore recouvertes par la couche de vernis photosensible 44 et sont donc intactes. La profondeur de la gravure 45 réalisée est de l'ordre de cinq à quinze microns.
L'étape suivante consiste à enlever la couche de protection de vernis photosensible 41 encore en place sur les anneaux 44. Ce décapage est réalisé de la même façon que décrite précédemment par trempage dans un bain décapant. A ce moment, la tige de piston a la configuration montrée à la figure 11, c'est-à-dire qu'elle ne présente plus qu'une seule couche 40 d'épaisseur générale -égale à douze microns et gravée selon des anneaux 45.
Au cours de l'étape suivante, les parties gravées en forme d'anneaux 45 sont remplies par un matériau noir 46 de dureté au moins égale à celle de la couche 40 revêtant la tige de piston. Ce matériau noir peut être par exemple du chrome noir et il est alors déposé par voie électrolytique. I1 peut être également constitué par de l'oxyde de titane (noir) et est alors déposé par évaporation.
Ce remplissage des gravures 45 peut être également réalisé à l'aide d'une résine noire chargée de poudre d'alumine noire, ce remplissage étant alors réalisé par extrusion, râclage des parties débordantes et polymérisation. On peut enfin envisager un remplissage des gravures 45 par de l'alumine dure et noire, ce remplissage étant effectué par dépôt sélectif d'aluminium dans les gravures, puis oxydation de façon à obtenir de l'alumine et coloration.
Actuellement, le remplissage par du chrome dur noir évoqué en premier lieu constitue la solution préférée, car pour un coût très raisonnable, il permet d'obtenir une dureté supérieure à 650 Vickers. L'épaisseur de la couche de noir déposé est au moins égale à la profondeur de la gravure, à savoir cinq à quinze microns. On obtient donc la configuration montrée à la figure 12 dans laquelle la tige de piston est revêtue uniformément d'une couche d'épaisseur uniforme, à savoir aussi bien sur les parties non gravées 44 que sur les parties gravées 45.
On notera que cette couche présente des vagues 47 dont les creux 47a correspondent aux gravures 45 et que l'épaisseur de cette couche doit être suffisante pour que le fonds des creux 47a arrive au moins au niveau de la surface externe de la couche de revêtement 40.
La dernière étape de la réalisation de la gravure est une rectification de la tige de piston 2-au diamètre initial à savoir le diamètre extérieur de la couche de revêtement 40, de façon à obtenir l'étant de finition H7 souhaité. On obtient alors la configuration de la figure 13, dans laquelle la tige de piston 2 présente une succession d'anneaux 44 formés par le métal de revêtement lui-même de la tige de piston et d'anneaux noirs 46 formés par du chrome dur noir mis en place dans les gravures 45.
Du fait de sa rectification, la tige de piston présente un état de surface parfaitement lisse et ne risquant donc pas de détériorer le joint d'étanchéité du vérin. En outre, elle ne présente pas de zone de dureté moindre puisque sa dureté est égale partout à au moins 650 Vickers.
Les figures 14 à 17 illustrent un second procédé de graduation de la tige de vérin.
Dans ce cas, ia tige de vérin 2 est traitée avant application de son revêtement dur en chrome 40 et on part donc dune tige en acier courant et pouvant être gravée plus facilement qu'un matériau tel que du chrome dur ayant une dureté de 650 Vickers.
Dans ce cas, les gravures 55 de la tige de vérin 2 peuvent donc être réalisées directement sur le dispositif 30 à l'aide du laser 31. Elles peuvent, bien évidemment, être également réalisées de façon photochimique comme expliqué pour le premier procédé. Ces gravures seront cependant d'une profondeur double par rapport à celle des gravures 55 réalisées dans les procédés précédemment décrits et auront une profondeur d'environ vingt microns.
La seconde étape du procédé montrée à la figure -15 consiste à revêtir la tige de piston 2 ainsi graduée d'une première couche dure 56, par exemple de chrome dur, ce dépôt étant réalisé de façon connue en soi par voie électrolytique, et sur une épaisseur d'environ dix microns.
A la troisième étape de ce procédé montrée à la figure 16, on dépose une couche de chrome dur noir 57 ou similaire d'épaisseur égale à dix microns sur la première couche 56 déposée, cette couche 57 étant déposée par voie électrolytique également.
Enfin, la dernière étape montrée à la figure 17 consiste à rectifier la tige de piston à un diamètre correspondant à son diamètre d'origine augmenté de - deux fois l'épaisseur de la première couche déposée 56, de façon à obtenir l'état de surface voulu ainsi que la configuration montrée à la figure 17, dans laquelle la tige de piston 2 présente des anneaux 58 formés par la première couche de revêtement brillante et des anneaux 59 noirs formés par la seconde couche 57 de revêtement noir.
De même que précédemment, la tige de piston obtenue présente un excellent état de surface et une dureté constante sur toute sa périphérie.
On notera que ce procédé est particulièrement avantageux par rapport au premier procédé décrit, puisqu'il ne nécessite que quatre étapes, tandis que le premier procédé comporte sept étapes.
Les figures 18 à 20 illustrent encore un autre procédé de graduation de la tige de vérin.
Dans ce cas, l'acier utilisé pour. la tige de vérin 2 est un acier à traitement thermique, dont les propriétés mécaniques et notamment la dureté peuvent être modifiées par un traitement thermique approprié (trempe, etc...).
Ainsi que le montre la figure 18, la première étape de ce procédé consiste à réaliser des gravures 65, similaires à celles 45 dans le cas du premier procédé, ces gravures 65 pouvant être réalisées de façon photochimique comme décrit précédemment ou à l'aide d'un laser 31 de puissance suffisante.
Lors de la seconde étape de ce procédé, - montrée à la figure 19, les gravures 65 sont remplies par une couche 66 dé matériau noir, apte à supporter le traitement thermique qui sera réalisé sur la tige de vérin, ce dépôt est également réalisé de façon électrolytique.
L'étape suivante est le traitement thermique proprement dit, qui sera effectué de facon à donner la dureté voulue à la tige de vérin 2.
Ces deux dernières étapes peuvent également être inversées, c'est-à-dire que le traitement thermique de la tige de vérin 2 est effectué avant dépôt dans les gravures 65 de celle-ci de matériau noir (mais après gravure bien entendu) ; à ce moment, le matériau remplissant les gravures peut être formé par du chrome dur noir, du titane, etc... comme dans le premier procédé décrit.
Enfin la dernière étape du procédé, montrée à la figure 20, est la rectification de la tige de piston 2 à son diamètre d'origine, de façon à obtenir l'état de surface voulu.
Comme il va de soi, la présente invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation décrites ci-avant à titre d'exemples non Imitatifs ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes mettant en oeuvre des moyens similaires ou équivalents.
Claims (14)
1. Système de mesure du déplacement linéaire d'une tige cylindrique telle qu'une tige de vérin, caractérisé en ce qu'il consiste à munir la tige (2) d'une graduation de pas (n) formée par une hélicoide ou une succession d'anneaux parallèles donnant une succession de traits de largeur n/2, à savoir des traits "noirs" (4) absorbant la lumière et des traits brillants (5) réfléchissant la lumière et à associer à cette tige 12) un capteur de déplacement (11) comprenant au moins deux détecteurs optiques à réflexion directe (13), comprenant chacun un élément émetteur de lumière et un élément photodétecteur. la largeur du faisceau lumineux émis par chaque élément émetteur étant inférieur à la largeur (n/2) d'un trait, et les faisceaux lumineux émis étant déphasés l'un par rapport à l'autre d'un angle égal à Tpr , p étant le nombre de détecteurs optiques que comprend le capteur de déplacement (Il).
2. Système de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque détecteur optique est formé par une paire de fibres optiques accolées, une fibre optique servant d'élément émetteur et l'autre fibre optique étant apte à recevoir le faisceau lumineux réfléchi par les anneaux brillants (5) de la graduation.
3. Système de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque détecteur optique est formé par une photodiode et un photodétecteur apte à recevoir un faisceau lumineux réfléchi par les anneaux brillants (5) de la graduation (3).
4. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est formé d'un corps cylindrique -et d'une tige (2) munie de la graduation (3) et montée coulissante à l'intérieur du corps cylindrique et en ce qu'il est apte à être fixé par chacune de ses extrémités, d'une part, à un point de référence fixe et, d'autre part, à un élément moSile,. dont on veut mesurer le déplacement.
5. Dispositif de mesure du déplacement linéaire d'une tige de vérin selon le système de mesure de la revendication 4, caractérisé en ce que les détecteurs optiques sont montés sur un manchon (7,15,25) fixé à l'extrémité du corps de vérin et entourant la tige de vérin (2) et en ce que des moyens (26,27) sont prévus pour régler le déphasage des détecteurs optiques.
6. Procédé de réalisation de la graduation d'une tige en vue de la mesure de son déplacement à l'aide du système de mesure selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser sur la périphérie de la tige et à intervalles réguliers correspondant au demi-pas de la graduation, des gravures en forme d'hélice ou d'anneaux (45,55) et à remplir ces gravures (45,55) par un matériau noir de dureté au moins égale à celle de la tige (2) à sa superficie (40).
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le remplissage des gravures (45,55) par un matériau noir est réalisé par dépôt électrolytique d'épaisseur au moins égale à la profondeur des gravures (45,55) et en ce que l'excédent de matière est enlevé par rectification de la tige à son diamètre d'origine.
8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à
- revêtir la tige d'une couche de vernis protecteur (41) photosensible
- insoler le vernis protecteur (41) selon des anneaux (43) perpendiculaires à la direction longitudinale de la tige (2);
- retirer les parties insolées (43) du vernis protecteur (41) par décapage
- graver chimiquement (45) la tige (2) à l'endroit des parties non revêtues de la tige (2);
- retirer les parties (44) non-insolées du vernis protecteur par décapage
- puis à remplir les gravures (45) de matériau dur noir.
9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à:
- graver directement la tige (2) avant dépôt sur celle-ci d'un revêtement dur (56), selon une hélice ou des anneaux (55), dont la profondeur est égale sensiblement à la somme de l'épaisseur de la couche de revêtement dur (56) et de la couche de matériau de remplissage dur noir (59) des gravures
- déposer une première couche de matériau dur brillant (56)
- déposer une seconde couche de matériau dur noir (57)
- rectifier au diamètre correspondant au diamètre initial de la tige augmenté de deux fois l'épaisseur de la couche de matériau dur (56).
10. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à
- graver directement la tige (2) avant traitement thermique de celle-ci selon une hélice ou des anneaux (65)
- déposer une couche (66) de matériau dur noir
- traiter thermiquement la tige (2), de façon à obtenir la dureté superficielle désirée.
11. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à
- graver directement la tige (2) avant traitement thermique de celle-ci selon une hélice ou des anneaux (65)
- traiter thermiquement la tige (2) de façon à obtenir la dureté superficielle désirée
- déposer une couche (66) de matériau dur noir.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que le matériau dur noir est formé par du chrome dur noir et en ce qu'il est déposé par électrolyse.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que le remplissage des gravures (45) est effectué par dépôt sélectif d'aluminium, oxydation en alumine et coloration.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que le remplissage des gravures est réalisé par extrusion d'une résine chargée de poudre d'alumine noire, raciage et polymérisation.
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|---|---|---|---|
| FR8519544A FR2591736A1 (fr) | 1985-12-17 | 1985-12-17 | Systeme de mesure du deplacement lineaire d'une tige cylindrique telle qu'une tige de verin, verin adapte pour une telle mesure et son procede de fabrication |
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| FR2591736A1 true FR2591736A1 (fr) | 1987-06-19 |
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| FR (1) | FR2591736A1 (fr) |
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