FR2596861A1 - Detecteur de forces et de couples de rotation, equipe de jauges extensometriques - Google Patents

Abstract

UN DETECTEUR 1 DE FORCES ET DE COUPLES DE ROTATION COMPREND DEUX ROUES MONOBLOC 10, 10 A RAYONS, COMPOSEES RESPECTIVEMENT D'UNE BAGUE EXTERNE CYLINDRIQUE RIGIDE 12, 12 ET D'UN MOYEU CENTRAL RIGIDE 11, 11, SOLIDARISES PAR AU MOINS TROIS RAYONS 14 - 17; 14 - 17. DES JAUGES EXTENSOMETRIQUES 20A, 20B; 20A, 20B; 20C, 20D SONT IMPLANTEES PAR PAIRES RESPECTIVES DE PREFERENCE A PROXIMITE DES MOYEUX 11, 11, AINSI QUE SUR DES SURFACES OPPOSEES D'UNE PAIRE DIAGONALE 15, 16 DE RAYONS DE L'UNE 10 DESDITES ROUES.

Description

DETECTEUR DE FORCES ET DE COUPLES DE ROTATION, EQUIPE DE JAUGES

EXTENSOMETRIQUES

La présente invention se rapporte à un détecteur de forces et de couples de rotation, destiné à mesurer, à l'aide de jauges extensométriques, la totalité des six composantes possibles de force et de couple de rotation dans un système de coordonnées cartésiennes. Un détecteur de ce genre est connu d'après le brevet DE-2 727 704. L'inconvénient particulier de ce détecteur con10 nu réside dans les coûts de production élevés pour fabriquer un corps de flexion employé dans ledit détecteur. En outre, le collage manuel et le câblage séparé consécutif d'au moins seize jauges extensométriques prennent beaucoup de temps et sont tellement compliqués qu'ils ne peuvent être exécutés que par une main-d'oeuvre spécialisée, possédant le savoir-faire correspondant. De surcroît, un circuit électronique amplificateur compliqué et hautement sensible doit être branché en

aval des jauges extensométriques.

L'invention a par conséquent pour objet de fournir un détecteur de forces et de couples de rotation de fabrication simple et de haute précision, qui convertisse les forces auxquelles il est soumis en des flexions d'éléments individuels,

ce qui est ensuite détecté au moyen de jauges extensométriques, ce détecteur étant réalisé de telle sorte que les jau25 ges extensométriques puissent être mises en place avec precision, en peu de temps et d'une manière simple.

Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait que le détecteur se compose de deux roues monobloc à rayons, de réalisations identiques, qui comprennent à cha30 que fois une bague externe cylindrique rigide et un moyeu central rigide, ladite bague externe et ledit moyeu étant reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'au moins trois, de préférence quatre rayons situés dans un plan. Les deux roues à rayons sont reliées rigidement et fermement l'une à l'autre, par leurs moyeux présentant une plus grande hauteur que les bagues externes cylindriques en direction de 5 l'axe médian du détecteur, de façon que les rayons soient agencés en une superposition précise. En outre, à proximité des moyeux, les jauges extensométriques sont implantées par paires respectives sur toutes les surfaces des rayons mutuellement opposées situées dans des plans mutuellement pa10 rallèles qui s'étendent perpendiculairement à l'axe médian du détecteur, lesdites jauges étant également disposées sur les surfaces mutuellement opposées, perpendiculaires auxdits plans, de l'une quelconque des paires diagonales de rayons de

l'une des deux roues à rayons.

Ainsi, l'invention permet d'obtenir un corps mesureur bien particulier, dans lequel les forces auxquelles il est soumis sont converties en des flexions dans les éléments individuels. De préférence, les deux roues à rayons reliées par leurs moyeux peuvent être produites de manière simple par le fait que des disques en aluminium ou en acier, en un matériau en barres venu d'étirage, sont débités, puis soumis de part et d'autre à un usinage au tour. Ensuite, il suffit de soumettre une face à un usinage par fraisage, après quoi la roue à rayons est déjà achevée dans sa réalisation de base. 25 Selon une autre forme de réalisation préférentielle de l'invention, des perçages de préférence contre-fraisés sont prévus dans la bague externe cylindrique de l'une des roues à rayons, tandis que l'autre roue à rayons présente de préférence, aux emplacements correspondants, des perçages à filetage interne. Les perçages contre-fraisés sont alors réalisés suffisamment grands pour pouvoir recevoir, avec jeu,

des boulons dont les extrémités pourvues d'un filetage externe sont vissées dans les perçages à filetage interne. De la sorte, une protection efficace et simple contre une surchar35 ge est intégrée dans le détecteur selon l'invention.

Pour pouvoir, avantageusement, procéder à une installation simple et rapide des jauges extensométriques au nombre total de vingt, les moyeux solidarisés des roues à rayons comportent, à leurs extrémités libres, un profil se présentant de préférence sous la forme d'un méplat sur une section

par ailleurs ronde, sous la forme d'une surface externe poly5 gonale, voire encore sous la forme d'encoches.

Pour pouvoir implanter ensuite respectivement de quatre jusqu'à un maximum de six jauges extensométriques sur les trois, de préférence quatre rayons de chaque roue à rayons, lesdites jauges sont installées avec alignement correspondant 10 sur un film substrat présentant, en son centre, un évidement correspondant au profil des moyeux. Grâce à cet évidement adapté au profil des moyeux au centre du film substrat, ce dernier se centre par exemple automatiquement lors de son collage sur une roue à rayons, puis il peut être mis en pla15 ce en une passe de travail, au moyen d'un poinçon de configuration correspondante, sur les rayons munis par exemple

d'un adhésif.

Dans ce cas, les jauges extensométriques devant être installées sur les faces latérales de la paire diagonale de 20 rayons peuvent être mises en place soit à l'aide du même poinçon de réalisation correspondante, en une seule et même passe de travail, soit être par exemple pressées à la main après que les autres jauges extensométriques ont été collées sur les surfaces, situées dans un plan, des trois, de préfé25 rence quatre rayons. Par conséquent, la précision avec laquelle les jauges extensométriques sont implantées sur les

différentes surfaces des rayons ne dépend plus que de la précision avec laquelle le film substrat et les jauges extensométriques qui s'y trouvent ont été fabriqués, ainsi que de 30 la précision avec laquelle l'évidement assurant l'autocentrage a été ménagé.

Ainsi, du fait de la réalisation avantageuse des deux roues à rayons formant le détecteur, les jauges extensométriques individuelles peuvent être installées avec un posi35 tionnement précis et moyennant des coûts de fabrication très

bas, étant donné que les zones de mesure pour détecter les déformations individuelles par flexion se trouvent, de pré-

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férence, à proximité des deux moyeux.

De plus, le détecteur conforme à l'invention rend superflue l'intervention de câblage compliquée (et par conséquent onéreuse) des jauges extensométriques individuelles, 5 car ces dernières sont reliées sur le film substrat de la même façon que sur une plaquette conductrice flexible à circuits imprimés. Après un collage du nombre total de quatre films substrats, c'est-à-dire après la mise en place avec

positionnement précis de jauges extensométriques au nombre 10 total de vingt, les deux roues à rayons sont reliées fermement et rigidement l'une à l'autre par leurs moyeux.

Ensuite, les films superposés dans quatre plans et supportant les jauges extensométriques sont câblés en bout par simple emboîtement de fils. En fonction de la taille du dé15 tecteur, la platine électronique peut même être installée entre les roues à rayons ou dans le prolongement de l'un des moyeux du détecteur. Lors d'un câblage des quatre films substrats, la platine supportant le circuit électronique peut

même être raccordée simultanément en une seule et même inter20 vention.

Selon une forme de réalisation préférentielle, pour accroitre la rigidité des roues à rayons individuelles, et pour augmenter ainsi en même temps leur faculté de charge maximale, le même nombre de rayons peut être encore une fois 25 prévu, à chaque fois, au centre entre les rayons pourvus de jauges extensométriques, dans le même plan de chaque roue à rayons. Cela signifie que six, de préférence huit rayons sont façonnés dans deux plans avec cette forme de réalisation d'un détecteur de forces et de couples de rotation plus ri30 gide-et pouvant être soumis à de plus fortes charges. Une telle roue à rayons peut, elle aussi, être produite de la manière susdécrite à partir d'un disque débité d'un matériau en barres, pour être ensuite soumise à une passe de finissage

comprenant pour l'essentiel deux usinages au tour et un 35 usinage consécutif par fraisage.

Dans le détecteur conforme à l'invention, il est particulièrement avantageux que seulement deux jauges extensomé-

triques opposées doivent se trouver dans une zone d'enserrement respective, sur chaque rayon des roues à rayons solidarisées fermement et rigidement par leurs moyeux, en vue de

mesurer une déformation par flexion, ces jauges étant bran5 chées en un demi-pont.

Grâce à la symétrie existant dans le détecteur selon l'invention, il est toujours possible de trouver deux demiponts appropriés pouvant être connectés ensemble pour être exploités en tant que pont intégral. Un mesurage à l'aide de 10 jauges extensométriques combinées en des ponts intégraux confère, de par son principe même, une amélioration du rapport signal/bruit de facteur 4 par rapport au mesurage effectué avec des jauges extensométriques individuelles, et une

amélioration de facteur 2 par rapport à des demi-ponts.

Bien que, dans le détecteur conforme à l'invention, le mesurage ait lieu avec des ponts intégraux, seulement vingt jauges extensométriques sont nécessaires, comme déjà mentionné à maintes reprises, tandis que d'autres agencements utilisés jusqu'à présent réclament, souvent, jusqu'à trente20 deux jauges extensométriques. La disposition des rayons, ainsi que l'installation et le raccordement des jauges au nombre total de vingt, suffisent par eux-mêmes pour obtenir, dans le corps de détection, un très haut degré de découplage entre

les composantes individuelles, de l'ordre d'environ 100.

En outre, conformément à l'invention, tous les rayons de chaque roue à rayons situés dans le même plan peuvent accuser dans la direction de l'axe des Z, vers une extrémité du moyeu considéré, un décalage tel que, lorsque les deux moyeux sont solidarisés fermement et rigidement, les plans

neutres des rayons soient espacés d'une distance mutuelle égale au diamètre des moyeux rigides.

Conformément à l'invention, un procédé particulièrement simple est prévu pour simplifier l'élaboration des tensions obtenues à partir des jauges extensométriques raccordées en 35 des ponts intégraux. Selon une forme de réalisation préférentielle, pour préparer les signaux, toutes les tensions délivrées par les jauges extensométriques raccordées en des ponts intégraux, et s'écartant de zéro, sont mesurées lorsque ni forces, ni couples de rotation n'agissent sur le détecteur. Ces tensions de défaut, dont la grandeur dépend de la température, sont alors saisies conjointement à la tem5 pérature dans toute la plage ultérieure de températures de service, puis elles sont classées en permanence dans une mémoire correspondante, en étant associées à la température considérée. Au cours du mesurage ultérieur, il suffit d'appeler de la mémoire les tensions de défaut qui appartiennent 10 à la température mesurée, et de les soustraire des tensions

de mesurage réelles effectivement mesurées.

L'application de ce procédé permet non seulement d'atteindre un accroissement considérable de la précision de mesurage et du pouvoir de résolution, mais, en plus, d'utili15 ser de petits amplificateurs opérationnels très peu onéreux, en premier lieu du fait du bon découplage se produisant dans le corps de détection. C'est la raison pour laquelle la nécessaire électronique de détection peut être facilement installée dans ou sur le corps mesureur. Cette électronique dé20 livre sous forme numérique sérielle les signaux de mesurage, qui peuvent ensuite être transmis par l'intermédiaire de câbles simples et par conséquent peu onéreux, voire même sans fil. Lorsque des résultats de mesurage particulièrement pré25 cis sont exigés, il est encore possible d'exclure l'erreur résultant d'une variation, dépendant de la température, du facteur k des jauges extensométriques, en la mémorisant en plus d'une manière correspondant à la charge indiquée par le constructeur. En l'absence de cette charge, l'erreur peut

être-déterminée par un processus de calibrage supplémentaire.

Ensuite, d'une manière correspondant à la température mesurée,

cette erreur est prise en compte seulement en tant que facteur de multiplication,dans un calcul de compensation supplémentaire.

L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemple nullement limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une perspective schématique d'une forme de réalisation préférentielle d'un détecteur de forces et de couples de rotation selon l'invention; les figures 2a et 2b sont des illustrations de principe des forces engendrées dans le détecteur conforme à l'invention, dans la direction des trois axes du système de coordonnées cartésiennes; et

les figures 3a et 3b sont une représentation de principe analogue des couples engendrés, dans le détecteur selon 10 l'invention, par suite de déformations de flexion.

Comme le met en évidence la perspective schématique de la figure 1, un détecteur 1 de forces et de couples de rotation, selon une forme de réalisation préférentielle de l'invention,est de conception parfaitement symétrique par rapport 15 aux trois axes du système de coordonnées cartésiennes, c'està-dire les axes des X, des Y et des Z. Ce détecteur comprend alors deux roues monobloc 10 et 10' à rayons, de réalisations identiques. Chacune des deux roues 10 et 10' se compose respectivement d'une bague externe cylindrique rigide 12, 12' et d'un moyeu central rigide 11, 11', lesquels, dans la forme de réalisation préférentielle, sont solidarisés mutuellement par quatre rayons 14 à 17 et 14' à 17' situés dans un plan. Les quatre rayons 14 à 17 ou 14' à 17' se trouvent à

des distances angulaires égales, c'est-à-dire qu'ils sont 25 décalés les uns des autres de 90 .

En théorie, trois rayons seraient également suffisants dans chaque roue pour effectuer un mesurage, en étant alors agencés selon un angle de 120 . Néanmoins, cette réalisation impliquerait la disparition d'une symétrie parfaite, ce qui 30 serait à son tour défavorable en matière de préparation des signaux. Comme il ressort de l'illustration de la figure 1, les moyeux 11 et 11' des deux roues 10 et 10' à rayons présentent dans la direction de l'axe médian du détecteur, c'est-à35 dire dans la direction de l'axe des Z, une plus grande hauteur que les bagues externes 12 et 12' qui en sont rendues solidaires par l'intermédiaire des rayons 14 à 17 ou 14' à 17', respectivement. De la sorte, les deux bagues externes 12 et

12' du détecteur 1 conforme à l'invention peuvent être espacées mutuellement d'une distance sélectionnable, mais néanmoins suffisante.

Quatre perçages 18 à contre-fraisage 18a sont ménagés dans la bague externe 12 de la roue 10 à rayons, également

à des intervalles angulaires mutuels identiques. Quatre perçages 19' à filetage interne sont prévus dans la bague externe 12' de l'autre roue 10' à rayons, aux emplacements corres10 pondants. Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 1, les perçages respectifs 18 ou 19' sont prévus dans le prolongement des rayons respectifs 14 à 17 ou 14' à 17'.

Cependant, des perçages correspondants peuvent aussi être prévus, dans les deux bagues externes 12 et 12', exactement 15 au centre entre les rayons, de sorte que la symétrie des deux roues à rayons est maintenue indépendamment de l'emplacement choisi des perçages respectifs 18 ou 19'. Les perçages 18 sont dimensionnés de telle sorte qu'ils puissent loger, avec jeu, des boulons qui ne sont pas représentés en détail 20 et sont vissés dans les perçages 19', à filetage interne, ménagés dans la bague externe 12' de la roue 10'. Il est ainsi donné naissance, d'une manière simple, à une protection très efficace contre une surcharge, intégrée dans le

détecteur selon l'invention.

Comme le révèle la figure 1, des jauges extensométriques 20a, 20b et 20'a et 20'b sont installées sur toutes les surfaces 14a à 17b et 14'a à 17'b des rayons correspondants 14 à 17 et 14' à 17'. Lesdites surfaces 14a à 17b et 14'a à 17'b se trouvent dans des plans mutuellement parallèles, qui 30 s'étendent perpendiculairement à l'axe médian du détecteur, c'està-dire à l'axe des Z. Du fait qu'il se produit toujours une déformation maximale par flexion dans les zones d'enserrement des rayons pouvant être considérés comme des poutrelles fermement en35 serrées aux deux extrémités, les jauges extensométriques 20a, b et 20'a, 20'b sont de préférence installées à proximité du moyeu 11 ou 11', à cause de leur sensibilité et des effets thermiques. Par ailleurs, une autre paire respective de jauges extensométriques 20c et 20d est installée sur des surfaces latérales 15c, 15d et 16c, 16d d'une paire diagonale et 16 de rayons de l'une, 10, des roues à rayons qui occupe la position supérieure sur la figure 1. Dans le détecteur 1 conforme à l'invention, les quatre jauges extensométriques implantées sur les surfaces latérales peuvent se trouver sur n'importe quelle paire diagonale de rayons de

l'une des deux roues respectives 10 et 10'.

Comme déjà mentionné ci-avant, un disque en aluminium ou en acier,débité d'un matériau en barres venu d'étirage, peut être employé pour produire chacune des deux roues 10 et 10' à rayons, si bien que les propriétés du matériau peuvent être considérées comme pratiquement identiques dans les di15 rections radiales. Ensuite, la forme définitive des roues à rayons peut être obtenue par un simple usinage au tour des deux côtés des disques, ainsi que par un usinage par fraisage sur une face de ces disques. Pour procéder à la liaison des moyeux 11 et 11', il est encore nécessaire d'y ménager un perçage 11a ou, respectivement, un perçage 11'a à filetage interne. Il est similairement nécessaire de façonner encore les perçages respectifs 18 ou 19' de protection anti-surcharge, ainsi qu'éventuellement quelques autres perçages permettant

par exemple un montage du détecteur selon l'invention, sur 25 un robot industriel.

Tous les couples Mx, My et Mz ou forces Fx, Fy et Fz agissant sur le corps de détection décrit ci-avant sont convertis, dans les rayons 14 à 17 et 14' à 17', en des déformations par flexion proportionnelles. Ces déformations, provoquées 30 par Ies forces Fx, Fy et F et par les couples Mx, My et Mz, font l'objet des illustrations de principe des figures 2a,

2b ou 3a, 3b,-respectivement.

Pour chaque cas envisageable o une charge est imposée, il est toujours possible de désigner des rayons déterminés 35 qui fléchissent sous l'action de la charge; la déformation par flexion qui en résulte est toujours notablement plus grande que l'allongement ou le refoulement des autres rayons,

provoqué -par une traction ou une pression.

Pour des raisons de sensibilité du mesurage, l'appréciation de déformations par flexion eb est considérablement plus favorable que l'appréciation de déformations ez par traction et pression, car, pour une charge identique, une poutrelle enserrée des deux côtés, de longueur 1 et de section carrée h, obéit à l'équation suivante: eb/ez = 3(l/h). De la sorte, en prévoyant une forme de rayons cubique, 10 c'est-à-dire des rayons ayant une longueur, une largeur et une hauteur égales, l'on peut obtenir une sensibilité de mesurage trois fois plus grande pour la déformation par flexion que pour la déformation par traction. La réalisation spécifique du corps de détection permet de faire en sorte

que des rayons déterminés absorbent toujours en tant que sollicitation à la flexion la charge devant être mesurée.

Les jauges extensométriques installées sur le détecteur selon l'invention, au nombre total de vingt, délivrent sept tensions (U1 à U7) qui sont amplifiées de 500 fois à 1000

fois, puis doivent être converties en des valeurs numériques.

Une telle amplification importante peut soulever des problèmes lorsque les amplificateurs ne possèdent pas de propriétés largement idéales, notamment pour ce qui concerne la dérive de température. Chaque tension de défaut de l'amplificateur, multipliée par le facteur d'amplification, serait alors appliquée à sa sortie. Les tensions de défaut qui varient avec la

température du dispositif faussent en particulier le résultat du mesurage.

Deux voies différentes ont été suivies jusqu'à présent pour interpréter les tensions délivrées par les jauges extensométriques. Dans l'un des cas, l'on utilise seulement un amplificateur spécial onéreux, en amont duquel se trouve un multiplexeur qui court-circuite successivement sur l'entrée de l'amplificateur les tensions prélevées des jauges exten35 sométriques. Après l'interprétation de la durée d'entrée en résonance jusqu'à la valeur définitive, la tension de sortie est soumise à un traitement ultérieur par un convertisseur analogique/numérique. Dans ce cas, le problème résultant d'une dérive de la température ne peut être résolu que par une détection séparée de la tension de défaut qui règne précisément, en retranchant respectivement cette dernière des autres valeurs mesurées. Toutefois, ce procédé se heurte en théorie au théorème de la détection par balayage, car les tensions délivrées par les jauges extensométriques ne peuvent pas être filtrées en mode passe-bas, avant le multiplexeur, d'une manière corres10 pondant à la fréquence d'exploration considérée. Précisément

lorsqu'on mesure des systèmes oscillatoires, cela peut entrainer des erreurs de mesurage considérables.

En outre, l'amplificateur spécial doit présenter une

grande largeur de bande, de manière qu'il puisse entrer rapi15 dement en résonance en fonction du niveau de signal considéré.

Néanmoins, cela implique à son tour un niveau de bruit nettement accru. De plus, les erreurs les plus faibles dans le multiplexeur, multipliées par le facteur d'amplification, se

répercutent également en tant qu'erreurs de mesurage.

Dans l'autre solution adoptée, il est prévu, pour chaque tension obtenue au moyen d'une jauge extensométrique, un propre amplificateur individuel qui accuse une dérive extrêmement faible et est par consequent onéreux; les tensions de sortie des amplificateurs individuels sont alors délivrées au convertisseur analogique/numérique par l'entremise d'un multiplexeur. De la sorte, il est possible de filtrer analogiquement chaque canal. L'inconvénient réside, là encore, dans les coûts de composants très élevés, dans la forte consommation de courant et dans le grand encombrement. 30 Pour la préparation de signaux prévue en association avec le détecteur conforme à l'invention, toutes les tensions s'écartant de zéro, qui sont délivrées par le détecteur non soumis à l'action de forces ni de couples, sont classées en tant que tensions de défaut dont la grandeur dépend de la température. Toutes ces tensions de défaut sont saisies dans un calculateur d'interprétation, dans lequel elles sont mémorisées sous la forme d'une liste. Il est encore procédé à la saisie, en tant que grandeur de mesurage supplémentaire, de

la température qui règne dans le corps de détection dans lequel est également incorporée l'électronique d'amplification.

L'ensemble du corps de détection, avec les amplifica5 teurs qu'il renferme, est désormais soumis, dans une plage de températures de service correspondant à l'utilisation ultérieure, à ce qu'on appelle un "cycle de détection des tensions de défaut"; lors d'un tel cycle, toutes les tensions de sortie des amplificateurs sont saisies et mémorisées en

permanence,conjointement à la température qui varie lentement.

Lors de l'utilisation ultérieure, il suffit d'appeler de la mémoire numérique les tensions de défaut qui appartiennent à la température précisément considérée, puis de les

soustraire des tensions de mesurage effectives à l'instant 15 considéré, ce qui permet d'obtenir la valeur mesurée exacte.

Avec ce procédé avantageux, toutes les erreurs cumulatives de mesurage peuvent être compensées dans toute la plage de températuresde service. Seule subsiste encore l'erreur résultant de la variation, dépendant de la température, du facteur k des jauges extensométriques. Toutefois, comme cette influence est en général indiquée sur chaque charge d'une jauge extensométrique, elle peut, du fait que la température est mesurée en permanence, être éliminée en tant que facteur de multiplication en un calcul de compensation supplémentaire. 25 Les tensions de sortie des amplificateurs individuels sont appliquées au convertisseur analogique/numérique par l'intermédiaire d'un multiplexeur présentant un canal supplémentaire pour la sonde de température. Dans ce procédé, pouvant également être qualifié de "compensation munérique de la 30 dérive de température", il est possible d'employer un grand nombre d'amplificateurs opérationnels qui peuvent être sélectionnés optimalement quant à leur disponibilité, à leur bruit, à leur alimentation en tension, à leur encombrement et, non des moindres, quant à leur prix étant donné que leur com35 portement à la dérive de température ne joue pratiquement

plus aucun rôle.

Au stade de la réalisation technique, la considération parlant nettement en faveur de ce procédé réside dans le fait que seulement sept tensions de jauges extensométriques doivent être détectées en tout, et que le huitième canal du

multiplexeur peut être employé pour détecter la température.

Une réalisation expérimentale prenant en compte ces considé5 rations a révélé des valeurs excellentes concernant la génération de bruits parasites, réalisation dans laquelle une tension de 5 V s'est avérée suffisante pour alimenter toute l'électronique. L'agencement expérimental a permis d'obtenir une réso10 lution de 1:2000 à une fréquence limite de 1 kHz à 3 dB pour les signaux de mesurage du détecteur selon l'invention, à six jauges extensométriques, moyennant de très faibles coûts de réalisation. De même, l'encombrement de l'électronique a

pu être réduit environ du facteur 100.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au détecteur décrit et représenté, sans sortir

du cadre de l'invention.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Détecteur de forces et de couples de rotation, destiné à mesurer, à l'aide de jauges extensométriques, la totalité des six composantes possibles de force et de couple de rotation dans le système de coordonnées cartésiennes, détecteur caractérisé par le fait que ce détecteur (1) se compose de deux roues monobloc (10, 10') à rayons, de- réalisations identiques, qui comprennent à chaque fois une bague externe cylindrique rigide (12, 12') et un moyeu central rigide (11, 11'), cette bague et ce moyeu étant reliés l'un 10 à l'autre par l'intermédiaire d'au moins trois, de préférence quatre rayons (14 à 17; 14' à 17') situés dans un plan, lesdits moyeux (11, 11'), présentant une plus grande hauteur que les bagues externes cylindriques (12, 12') en direction de l'axe médian (axe des Z) du détecteur, étant solidarisés rigidement et fermement de façon que les rayons soient agencés en une superposition précise; et par le fait que, de préférence à proximité des moyeux (11, 11'), les jauges extensométriques (20a, 20b; 20'a, 20'b ou 20c, 20d) sont implantées par paires respectives sur toutes les sur20 faces (14a, 14b à 17'a, 17'b) des rayons mutuellement opposées situées dans des plans (plans XY) mutuellement parallèles qui s'étendent perpendiculairement à l'axe médian (axe des Z) du détecteur, lesdites jauges étant également disposées sur des surfaces (15c, 15d, 16c, 16d) mutuellement opposées, 25 perpendiculaires auxdits plans, d'une paire diagonale (15,

16) de rayons de l'une (10) des roues à rayons.

2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour accroître la rigidité et, par conséquent, la faculté de charge maximale, le même nombre de rayons est 30 une fois encore prévu au centre entre les rayons (14 à 17; 14' à 17') pourvusde jauges extensométriques (20a, 20b; 20'a,

'b), dans le même plan de chaque roue (10, 10') à rayons.

3. Détecteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que tous les rayons (14 à 17; 14' à 35 17') de chaque roue (10, 10') à rayons qui sont situés dans

le même plan accusent dans la direction de l'axe des Z, vers une extrémité du moyeu considéré (11, 11'), un décalage tel que, lorsque les deux moyeux (11, 11') sont solidarisés fermement et rigidement, les plans neutres desdits rayons (14 à 17; 14' à 17') soient espacés mutuellement d'une distance

égale au diamètre desdits moyeux rigides (11, 11').

4. Détecteur selon l'une quelconque des revendications

1 à 3, caractérisé par le fait que des boulons faisant fonction de protection contre une surcharge sont reçus, avec jeu, de préférence dans des perçages contre-fraisés (18, 18a) pratiqués dans la bague externe cylindrique (12) de l'une 10 (10) des roues à rayons, lesdits boulons étant vissés dans l'autre roue (10') à rayons, de préférence dans des perçages

(19') à filetage interne.

5. Détecteur selon l'une quelconque des revendications

1 à 4, caractérisé par le fait que les roues (10, 10') à rayons consistent en des disques respectifs en aluminium ou en acier débités d'un matériau en barres venu d'étirage, soumis ensuite de part et d'autre à un usinage au tour, puis à un usinage par fraisage sur une face, disques sur lesquels

sont encore ménagés ultérieurement quelques perçages (par 20 exemple 19, 19a) et perçages (19') à filetage interne.

6. Détecteur selon l'une quelconque des revendications

1 à 5, caractérisé par le fait que les moyeux (11, 11') sont de réalisation profilée; et par le fait qu'un film substrat, sur lequel de quatre à six jauges extensométriques (20a, 20b; 25 20c, 20d ou 20'a, 20'b; 20'c, 20'd) sont disposées avec alignement correspondant aux rayons (14 à 17; 14' à 17'), présente en son centre un évidement correspondant au profil desdits moyeux, de telle sorte que ledit film substrat puisse être installé en une passe de travail avec les jauges extensométriques au nombre de quatre à six, après l'alignement de ces dernières par rapport à un moyeu (11, 11'), sur les rayons (14 à 17; 14' à 17') de préférence pourvus d'un

adhésif, de préférence au moyen d'un poinçon de configuration correspondante, en se centrant de lui-même.

7. Détecteur selon l'une quelconque des revendications

1 à 6, caractérisé par le fait que, en vue du traitement des signaux, toutes les tensions délivrées par les jauges extensométriques (20a, 20b; 20'a, 20'b; 20c, 20d) et s'écartant de zéro lorsque ni forces, ni couples de rotation n'agissent sur le détecteur (1), sont saisies et mémorisées en permanence par un processus de calibrage dans la plage ultérieure de températures de service, en plus de la grandeur mesurée représentée par la température, en tant que tensions de défaut dont la grandeur dépend de la température; et par le fait que, lors du mesurage ultérieur, les tensions de défaut qui appartiennent à la température régnante sont 10 appelées de la mémoire, puis soustraites des tensions de

mesurage effectives.

8. Détecteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'erreur résultant d'une variation, dépendant de la température, du facteur k des jauges extensométriques 15 (20a, 20b; 20'a, 20'b; 20c, 20d) est également mémorisée

d'une manière correspondant à la charge desdites jauges indiquée par le constructeur, ou bien à un processus de calibrage supplémentaire, puis reprise d'une manière correspondant à la température mesurée, en tant que facteur de mul20 tiplication, dans un calcul de compensation supplémentaire.