FR2663116A1 - Apparatus for measuring physical parameters of the surface of a solid - Google Patents
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- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/34—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
Abstract
Description
La présente invention concerne un appareil de mesure destiné à déterminer les différents paramètres physiques spécifiques de la surface d'un solide, tels que rugosité, température, déplacement, déformation etc. The present invention relates to a measuring device intended to determine the various specific physical parameters of the surface of a solid, such as roughness, temperature, displacement, deformation etc.
Pour mesurer les différents paramètres physiques caractérisant la surface d'un solide, on fait appel de façon habituelle à différents appareils de mesure spécifiques réalisant chacun la mesure du paramètre concerné. To measure the various physical parameters characterizing the surface of a solid, usual use is made of different specific measuring devices each carrying out the measurement of the parameter concerned.
On a proposé dans le brevet français FR-2 626 361 de réaliser la mesure de rugosité de la surface d'un solide à l'aide d'un appareil de mesure comprenant un élément déformable d'épaisseur constante ayant deux surfaces principales, à savoir une première surface destinée à être appliquée sur la surface dont la rugosité doit être mesurée, et une seconde surface et des moyens pour appliquer, sous une pression prédéterminée, l'élément déformable sur la surface rugueuse, l'élément déformable étant réalisé en un matériau ayant un grand degré de déformabilité élastique réversible et qui porte sur sa seconde surface, c'est-à-dire celle qui est opposée à la première surface appliquée sur la surface rugueuse, au moins une jauge de déformation reliée à un appareil de mesure. It has been proposed in French patent FR-2 626 361 to measure the roughness of the surface of a solid using a measuring device comprising a deformable element of constant thickness having two main surfaces, namely a first surface intended to be applied to the surface whose roughness is to be measured, and a second surface and means for applying, under a predetermined pressure, the deformable element to the rough surface, the deformable element being made of a material having a large degree of reversible elastic deformability and which bears on its second surface, that is to say that which is opposite to the first surface applied to the rough surface, at least one strain gauge connected to a measuring device.
Ce type d'appareil présente l'inconvénient de nécessiter, avant son utilisation, d'être fixé en surface du solide dont on souhaite déterminer la rugosité, à l'aide de moyens adhésifs, ce qui nécessite une préparation de la surface à mesurer et qui limite son utilisation à des mesures dans lesquelles la rapidité n'est pas un paramètre essentiel. This type of device has the drawback of requiring, before its use, to be fixed to the surface of the solid whose roughness is to be determined, using adhesive means, which requires preparation of the surface to be measured and which limits its use to measures in which speed is not an essential parameter.
Ces appareils sont ainsi inutilisables pour réaliser la mesure de paramètres physiques d'objets en mouvement, telle que par exemple une mesure de rugosité sur des tôles sortant d'un train de laminoirs. These devices are thus unusable for carrying out the measurement of physical parameters of moving objects, such as for example a roughness measurement on sheets leaving a train of rolling mills.
La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un appareil de mesure, apte à mesurer une série de paramètres physiques caractéristiques de la surface d'un solide, cet appareil de mesure ne nécessitant pour sa mise en oeuvre qu'une simple application sur la surface du solide, et permettant ainsi la mesure de paramètres physiques d'objets en mouvement. The object of the present invention is to remedy this drawback by proposing a measuring device capable of measuring a series of physical parameters characteristic of the surface of a solid, this measuring device requiring for its implementation only a simple application on the surface of the solid, and thus allowing the measurement of physical parameters of moving objects.
La présente invention a ainsi pour objet un appareil de mesure des paramètres physiques de surface d'un solide comprenant un élément déformable élastique comportant deux surfaces, à savoir une première surface destinée à être appliquée sur la surface du solide et une seconde surface soumise à une pression contrôlée sous l'action de moyens de pression, à laquelle est associée au moins une jauge de déformation , caractérisé en ce qu'il comporte un tête de mesure comportant sur sa partie extrême une cavité reliée aux moyens de pression, ladite cavité étant fermée de façon étanche, par l'élément déformable élastique
Dans une variante particulièrement intéressante de l'invention l'appareil de mesure comporte des têtes de mesure amovibles permettant, dans la mesure des besoins, d'assortir la tête de mesure au paramètre physique que l'on souhaite mesurer.The present invention thus relates to an apparatus for measuring the physical surface parameters of a solid comprising an elastic deformable element comprising two surfaces, namely a first surface intended to be applied to the surface of the solid and a second surface subjected to a pressure controlled under the action of pressure means, with which is associated at least one strain gauge, characterized in that it comprises a measuring head comprising on its end part a cavity connected to the pressure means, said cavity being closed tightly, by the elastic deformable element
In a particularly advantageous variant of the invention, the measuring device comprises removable measuring heads making it possible, if necessary, to match the measuring head to the physical parameter that one wishes to measure.
Dans une autre variante de l'invention, le maintien de la tête de mesure sur la surface du solide sur lequel on souhaite réaliser une mesure physique est assuré, dans le cas d'un solide métallique, par un aimant disposé à la périphérie de la tête de mesure, cet aimant étant éventuellement recouvert par l'élément élastique déformable. On pourrait également, assurer le maintien de l'appareil de mesure, dans le cas où celui-ci est de dimensions et de poids particulièrement importants, à l'aide d'électroaimants ou de ventouses disposés autour de la tête de mesure. In another variant of the invention, the retention of the measuring head on the surface of the solid on which it is desired to carry out a physical measurement is ensured, in the case of a metallic solid, by a magnet disposed at the periphery of the measuring head, this magnet possibly being covered by the deformable elastic element. One could also ensure the maintenance of the measuring device, in the case where it is of particularly large dimensions and weight, using electromagnets or suction cups arranged around the measuring head.
Dans une autre variante intéressante de l'invention, la mise sous pression de la cellule de mesure, c'est-à-dire de l'ensemble constitué par l'élément déformable élastique et la jauge de déformation qui lui est associée, est réalisée par un piston, mobile perpendiculairement à la surface sur laquelle on doit réaliser la mesure, ce piston comprimant un fluide, qui agit sur la cellule de mesure. In another advantageous variant of the invention, the pressurization of the measuring cell, that is to say of the assembly constituted by the elastic deformable element and the deformation gauge associated therewith, is carried out by a piston, movable perpendicular to the surface on which the measurement is to be made, this piston compressing a fluid, which acts on the measurement cell.
On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécutions de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel
La figure 1 est une vue en coupe verticale et longitudinale d'un mode simplifié de mise en oeuvre de l'invention.Various embodiments of the present invention will be described below, by way of non-limiting examples, with reference to the appended drawing in which
Figure 1 is a vertical and longitudinal sectional view of a simplified embodiment of the invention.
La figure 2 est une vue en coupe verticale et longitudinale d'un mode de mise en oeuvre de l'invention. Figure 2 is a vertical and longitudinal sectional view of an embodiment of the invention.
La figure 3 est une vue en coupe verticale et longitudinale d'un autre mode de mise en oeuvre de l'invention. Figure 3 is a vertical and longitudinal sectional view of another embodiment of the invention.
Les figures 4 et 4a sont des vues en coupe verticale partielle d'un mode de fixation de l'appareil suivant l'invention. Figures 4 and 4a are views in partial vertical section of a method of fixing the device according to the invention.
La figure 5 est une vue en coupe d'un appareil suivant l'invention appliqué à la mesure de rugosité sur des surfaces importantes. Figure 5 is a sectional view of an apparatus according to the invention applied to the measurement of roughness on large surfaces.
La figure 6 est une vue en coupe partielle d'un mode de constitution d'une cellule de mesure mise en oeuvre dans l'appareil suivant l'invention. Figure 6 is a partial sectional view of an embodiment of a measurement cell implemented in the apparatus according to the invention.
La figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil suivant l'invention appliqué à la mesure des températures. Figure 7 is a longitudinal sectional view of an apparatus according to the invention applied to the measurement of temperatures.
Les figures 8 à 10 sont des vues, en coupe partielle, d'un mode de réalisation d'un appareil de mesure suivant l'invention, respectivement en position de repos, en position de fixation et en position de mesure. Figures 8 to 10 are views, in partial section, of an embodiment of a measuring device according to the invention, respectively in the rest position, in the fixing position and in the measuring position.
La figure 11 est une vue schématique d'une application d'un appareil suivant l'invention à la mesure de paramètres physiques sur des solides en mouvement. FIG. 11 is a schematic view of an application of an apparatus according to the invention to the measurement of physical parameters on moving solids.
La figure 12 est une vue en coupe verticale d'un appareil suivant l'invention appliqué à la détection des mouvements. Figure 12 is a vertical sectional view of an apparatus according to the invention applied to the detection of movements.
La figure 1 représente un appareil de construction simple destiné à mesurer la rugosité de la surface 1 d'un solide 3. Dans cette forme de réalisation simplifiée, l'appareil de mesure 5 est essentiellement constitué d'un élément cylindrique 7 d'axe yy' vertical, perpendiculaire à la surface 1, cet élément cylindrique étant creusé d'un canal axial 9 traversant, d'une extrémité à l'autre, l'appareil de mesure. L'orifice de sortie du canal 9 est fermé, à sa partie inférieure, par un élément déformable élastique 11 en forme de disque, de section constante, de bonne déformabilité, et qui est collé sur la face frontale inférieure de l'élément cylindrique 7.Une sonde de mesure 13, du type jauge extensométrique, est fixée sur la face supérieure de la pastille déformable 11, au centre de celle-ci, et cette jauge est reliée de façon connue à un dispositif de mesure, tel que par exemple un pont de mesure, non représenté sur le dessin. FIG. 1 represents a simple construction device intended for measuring the roughness of the surface 1 of a solid 3. In this simplified embodiment, the measurement device 5 essentially consists of a cylindrical element 7 of axis yy 'vertical, perpendicular to the surface 1, this cylindrical element being hollowed out by an axial channel 9 passing through, from one end to the other, the measuring device. The outlet orifice of the channel 9 is closed, at its lower part, by an elastic deformable element 11 in the form of a disc, of constant section, of good deformability, and which is glued to the lower front face of the cylindrical element 7 A measurement probe 13, of the strain gauge type, is fixed to the upper face of the deformable patch 11, in the center thereof, and this gauge is connected in a known manner to a measurement device, such as for example a measuring bridge, not shown in the drawing.
Un élément cylindrique de répartition d'énergie et d'isolation thermique 14 constitué, par exemple, d'un élastomère vient en appui par sa face inférieure sur la jauge 13. Un poids cylindrique 10, de diamètre correspondant à celui du canal 9, est monté coulissant dans celui-ci et prend appui sur la face supérieure de l'élément cylindrique 14 de façon à exercer sur la cellule de mesure constituée de la pastille 11 et de la jauge 13 une pression sensiblement uniformément répartie.De façon connue, sous l'effet de l'action exercée par le poids 10;sur la cellule de mesure, la surface inférieure de l'élément déformable 11, se déforme, en épousant le profil de la surface 1 du solide 3, puisque le matériau de l'élément déformable élastique ll pénétrant élastiquement et réversiblement dans les creux définis entre les aspérités de la surface 1 du solide 3 provoque une déformation relative de la jauge 13, cette déformation dépendant de la rugosité de la surface du solide 3.A cylindrical energy distribution and thermal insulation element 14 consisting, for example, of an elastomer bears by its lower face on the gauge 13. A cylindrical weight 10, of diameter corresponding to that of the channel 9, is slidably mounted therein and bears on the upper face of the cylindrical element 14 so as to exert on the measuring cell constituted by the pad 11 and the gauge 13 a pressure which is substantially uniformly distributed. effect of the action exerted by the weight 10; on the measuring cell, the lower surface of the deformable element 11, is deformed, following the profile of the surface 1 of the solid 3, since the material of the element deformable elastic ll penetrating elastically and reversibly into the hollows defined between the asperities of the surface 1 of the solid 3 causes a relative deformation of the gauge 13, this deformation depending on the roughness of the s urface of the solid 3.
En conséquence, pour une même pression constante Pc appliquée par le poids 10 sur la cellule de mesure, la déformation superficielle subie par la jauge 13 est directement liée à la rugosité de la surface 1, et il est ainsi possible de mesurer la rugosité, à partir de la mesure de la déformation superficielle fournie par la jauge, une fois celle-ci étalonnée. Bien entendu, on pourra régler la pression Pc appliquée à la cellule de mesure, en choisissant une valeur de poids 10 appropriée. Cette valeur du poids 10 varie en sens inverse de l'importance de la rugosité à mesurer. Ainsi, plus on voudra détecter des rugosités fines, plus on choisira un poids 10 de masse importante. Consequently, for the same constant pressure Pc applied by the weight 10 to the measuring cell, the surface deformation undergone by the gauge 13 is directly linked to the roughness of the surface 1, and it is thus possible to measure the roughness, at from the measurement of the surface deformation provided by the gauge, once it has been calibrated. Of course, it will be possible to adjust the pressure Pc applied to the measuring cell, by choosing an appropriate weight value 10. This value of the weight 10 varies in the opposite direction to the importance of the roughness to be measured. Thus, the more we want to detect fine roughness, the more we will choose a weight of large mass.
L'appareil de mesure représenté sur la figure 2 permet de réaliser des mesures de paramètres physiques de la surface d'un solide 3 suivant une direction uu' formant avec la verticale yy' un angle quelconque a. The measuring device shown in FIG. 2 makes it possible to carry out measurements of physical parameters of the surface of a solid 3 in a direction uu 'forming with the vertical yy' any angle a.
Cet appareil de mesure de rugosité est ainsi essentiellement constitué d'un corps 15 tubulaire maintenu par un support 17 articulé autour d'un axe horizontal 19 sur un pied 20. L'une des extrémités du corps tubulaire 15 comporte une cellule de mesure destinée à entrer en contact avec la surface 1 d'un solide 3, et son autre extrémité est pourvue d'un filetage externe 22. Un manchon de réglage 23 constitué d'un élément cylindrique creusé intérieurement d'une cavité cylindrique 24, dont les parois internes comportent un filetage complémentaire du filetage 22 du corps 1, vient se visser sur celui-ci. Le manchon 23 comporte un bord 26, chanfreiné à sensiblement 450, qui est pourvu d'une graduation périphérique 28 et qui, combinée avec une graduation longitudinale 29 du corps 15, constitue un vernier. Un piston 30 est monté mobile à l'intérieur de l'alésage central du corps tubulaire 15.Ce piston se compose essentiellement d'une tête de piston cylindrique 32 dont la face interne est percée d'un trou axial fileté dans lequel vient se fixer par vissage une extrémité filetée d'une tige de piston longitudinale 34, cette tige de piston étant montée coulissante, à son autre extrémité libre, dans une douille de guidage 36 solidaire du manchon 23. La périphérie de la tête de piston 32 comporte une rainure circulaire recevant un joint élastique torique 33 qui prend appui sur la paroi interne du corps 15 et qui assure un maintien à frottement du piston 30 par rapport au corps 15. Un ressort de compression hélicoïdal 37 est disposé autour de la tige de piston 34 et prend appui, d'une part sur le fond de la cavité cylindrique 24 et, d'autre part, sur la tête de piston 32, de façon à exercer -sur celle-ci une force tendant à l'éloigner du fond de la cavité 24.La face avant de la tête de piston 32 est pourvue d'un élément cylindrique 39 constitué d'un matériau élastique, de type élastomère, éventuellement alvéolé, et qui est susceptible d'etre mise en contact avec la cellule de mesure, c'est-à-dire constituée, comme décrit précédemment, d'un élément déformable élastique 11 sur la face interne duquel on a fixé, sensiblement en son centre, une jauge de déformation 13, et qui est fixée, par exemple par collage, sur la face avant du corps 15. Une vis radiale 41, dépasse à l'intérieur du corps 15 de façon à constituer une butée de sécurité destinée à limiter la course du piston 32. This roughness measuring device thus essentially consists of a tubular body 15 held by a support 17 articulated around a horizontal axis 19 on a foot 20. One of the ends of the tubular body 15 comprises a measuring cell intended to come into contact with the surface 1 of a solid 3, and its other end is provided with an external thread 22. An adjustment sleeve 23 consisting of a cylindrical element internally hollowed out of a cylindrical cavity 24, the internal walls of which have a thread complementary to the thread 22 of the body 1, is screwed onto the latter. The sleeve 23 has an edge 26, chamfered at substantially 450, which is provided with a peripheral scale 28 and which, combined with a longitudinal scale 29 of the body 15, constitutes a vernier. A piston 30 is movably mounted inside the central bore of the tubular body 15. This piston essentially consists of a cylindrical piston head 32 whose internal face is pierced with a threaded axial hole in which is fixed by screwing a threaded end of a longitudinal piston rod 34, this piston rod being slidably mounted, at its other free end, in a guide sleeve 36 integral with the sleeve 23. The periphery of the piston head 32 has a groove circular receiving an elastic O-ring 33 which is supported on the internal wall of the body 15 and which ensures friction maintenance of the piston 30 relative to the body 15. A helical compression spring 37 is disposed around the piston rod 34 and takes support, on the one hand on the bottom of the cylindrical cavity 24 and, on the other hand, on the piston head 32, so as to exert -on the latter a force tending to move it away from the bottom of the cavity 24 .The fa this front of the piston head 32 is provided with a cylindrical element 39 made of an elastic material, of the elastomer type, possibly cellular, and which is capable of being brought into contact with the measuring cell, that is to say that is to say made up, as described above, of an elastic deformable element 11 on the internal face of which a deformation gauge 13 has been fixed, substantially at its center, and which is fixed, for example by gluing, on the front face of the body 15. A radial screw 41 protrudes inside the body 15 so as to constitute a safety stop intended to limit the stroke of the piston 32.
Pour réaliser une mesure de rugosité de la surface 1 d'un solide 3, suivant un axe déterminé uu', on règle de façon appropriée l'inclinaison du corps 15 de l'appareil de mesure autour de l'axe de rotation 19 et on amène en contact la cellule de mesure avec la face externe 1 du solide 3 dont on souhaite mesurer la rugosité. On manoeuvre ensuite le manchon de réglage 23, en le vissant plus au moins, d'une quantité déterminée, aisément contrôlable au moyen du système de vernier 28,30, de façon à appliquer la cellule de mesure contre la face 1 du solide 3, avec une pression Pc déterminée, par l'intermédiaire du ressort de compression hélicoïdal 37. Le vernier 28,30 est, par ailleurs, étalonné en fonction de la raideur du ressort de compression 37, et on connaît donc, par sa position, la valeur de la pression Pc avec laquelle la cellule de mesure est comprimée.Pour améliorer la précision de la- mesure de la pression Pc appliquée à la cellule de mesure, on peut disposer sur le piston 32 une jauge dont la déformation sera indicatrice de cette pression. To make a roughness measurement of the surface 1 of a solid 3, along a determined axis uu ', the inclination of the body 15 of the measuring device around the axis of rotation 19 is appropriately adjusted and brings the measuring cell into contact with the external face 1 of the solid 3 whose roughness is to be measured. The adjustment sleeve 23 is then operated, by screwing it more or less, by a determined quantity, easily controllable by means of the vernier system 28, 30, so as to apply the measuring cell against the face 1 of the solid 3, with a determined pressure Pc, by means of the helical compression spring 37. The vernier 28.30 is moreover calibrated as a function of the stiffness of the compression spring 37, and the value is therefore known by its position of the pressure Pc with which the measuring cell is compressed. To improve the accuracy of the measurement of the pressure Pc applied to the measuring cell, one can have on the piston 32 a gauge whose deformation will be indicative of this pressure.
Afin d'améliorer la mise en contact de la cellule de mesure de l'appareil avec la surface externe 1 du solide 3, le support 17 assurant le maintien du corps tubulaire 15 est pourvu de moyens de réglage de type "micrométrique", commandés par une vis de réglage 40. Une fois le contact établi entre la cellule de mesure et l'objet 3, on fait tourner le manchon de réglage 23 du nombre de divisions nécessaires pour exercer sur la cellule la valeur de pression souhaitée pour la mesure. In order to improve the contacting of the measuring cell of the device with the external surface 1 of the solid 3, the support 17 ensuring the maintenance of the tubular body 15 is provided with adjustment means of the "micrometric" type, controlled by an adjusting screw 40. Once the contact established between the measuring cell and the object 3, the adjusting sleeve 23 is rotated by the number of divisions necessary to exert on the cell the desired pressure value for the measurement.
Sur la figure 3 on a représenté un appareil de mesure suivant l'invention dans lequel une pression Pc est appliquée sur une cellule de mesure par l'intermédiaire d'un fluide. FIG. 3 shows a measuring device according to the invention in which a pressure Pc is applied to a measuring cell by means of a fluid.
Dans cette forme de réalisation, l'appareil de mesure est essentiellement constitué d'un corps 38 cylindrique d'axe longitudinal yy' composé de deux parties, à savoir un élément de base 42 et un élément supérieur 44. In this embodiment, the measuring device essentially consists of a cylindrical body 38 with a longitudinal axis yy 'composed of two parts, namely a base element 42 and an upper element 44.
L'élément de base 42, de forme cylindrique, est traversé d'une extrémité à l'autre par un canal axial cylindrique 43 qui débouche, à la partie inférieure de l'élément de base 42 dans une cavité 45 dont les parois comportent un filetage 46.The basic element 42, of cylindrical shape, is crossed from one end to the other by a cylindrical axial channel 43 which opens, at the lower part of the basic element 42 in a cavity 45 whose walls include a thread 46.
L'appareil comporte une tête de mesure amovible cylindrique 47 dont la face inférieure est creusée d'une cavité 49 communiquant avec sa face opposée par un canal axial 51. La partie supérieure de la tête de mesure 47 comporte une partie filetée 53 qui vient se visser dans le filetage 46 de l'élément de base 42, un joint torique d'étanchéité 55 étant interposé entre le fond de la cavité 45 et la partie supérieure de la tête de mesure 47. The device comprises a removable cylindrical measuring head 47, the lower face of which is hollowed out by a cavity 49 communicating with its opposite face by an axial channel 51. The upper part of the measuring head 47 has a threaded part 53 which comes screw into the thread 46 of the base element 42, an O-ring seal 55 being interposed between the bottom of the cavity 45 and the upper part of the measuring head 47.
L'appareil comporte une cellule de mesure 57, du type décrit dans les réalisations des figures 1 et 2. Celle-ci est constituée, comme précédemment, d'un élément déformable élastique 11 sur la face arrière duquel est fixée, sensiblement en son centre, une jauge de déformation ou jauge extensométrique 13 reliée par une série de fils électriques 63 à des moyens de mesure extérieurs non représentés, la communication étant établie par un orifice 65 pourvu de moyens permettant de préserver l'étanchéité de la cavité 49 avec l'extérieur. L'élément déformable élastique 1l est fixé sur la face avant de la tête de mesure 47, par collage, par exemple au moyen d'une colle du type cyanocrylate. The apparatus comprises a measuring cell 57, of the type described in the embodiments of FIGS. 1 and 2. This consists, as before, of an elastic deformable element 11 on the rear face of which is fixed, substantially in its center , a strain gauge or strain gauge 13 connected by a series of electric wires 63 to external measuring means not shown, the communication being established by an orifice 65 provided with means making it possible to preserve the tightness of the cavity 49 with the outside. The elastic deformable element 11 is fixed to the front face of the measuring head 47, by gluing, for example by means of an adhesive of the cyanocrylate type.
L'élément supérieur 44 est de forme tubulaire et la paroi interne de son alésage 72 est filetée sur sensiblement toute sa longueur. Un piston 73, constitué d'un élément cylindrique dont l'extrémité supérieure, de plus fort diamètre, est pourvue d'un filetage 75 vient se visser à l'intérieur de l'élément tubulaire supérieur 44. Le piston 73 est creusé d'un trou axial 77 dans lequel vient prendre place un arbre 79 solidaire de l'axe 81 d'un moteur pas-à-pas 71. The upper element 44 is tubular in shape and the internal wall of its bore 72 is threaded over substantially its entire length. A piston 73, consisting of a cylindrical element whose upper end, of larger diameter, is provided with a thread 75 is screwed inside the upper tubular element 44. The piston 73 is hollowed out of an axial hole 77 in which takes place a shaft 79 integral with the axis 81 of a stepping motor 71.
L'arbre 79 comporte, sur toute. sa longueur, une rainure longitudinale 83 dans laquelle prend place l'extrémité d'une vis 85 fixée radialement dans la paroi supérieure du piston 73 et qui assure une liaison en rotation et une liberté en translation du piston 73 avec l'arbre 79. Ainsi toute rotation de l'axe 81 du moteur pas-à-pas 71 se traduit par une rotation de l'arbre 79 provoquant le vissage ou le dévissage du piston 73 et donc son déplacement longitudinal dans le canal axial 43. Un joint d'étanchéité 87 est disposé dans une cavité 89 prévue à la partie supérieure de l'élément de base 42, et assure l'étanchéité entre le piston 73 et le canal axial 43. La base de celui-ci est percée d'un orifice radial 91 qui relie le canal axial 43 à un dispositif de mesure de pression 93.Un autre orifice radial 94 est prévu dans la paroi de l'élément de base 42, qui contient un dispositif de sécurité de type connu, destiné à faire communiquer le canal axial 43 avec l'atmosphère, dans le cas où la pression dans celui-ci atteindrait une valeur supérieure à une valeur déterminée, considérée comme dangereuse pour le dispositif. Des moyens de limitation de course du piston 73, supérieurs 82 et inférieurs 84 sont en outre prévus. Ces moyens peuvent être des moyens mécaniques, électroniques ou optiques.The tree 79 comprises, on all. its length, a longitudinal groove 83 in which takes place the end of a screw 85 fixed radially in the upper wall of the piston 73 and which provides a connection in rotation and freedom in translation of the piston 73 with the shaft 79. Thus any rotation of the axis 81 of the stepping motor 71 results in a rotation of the shaft 79 causing the piston 73 to be screwed or unscrewed and therefore its longitudinal displacement in the axial channel 43. A seal 87 is disposed in a cavity 89 provided at the upper part of the base element 42, and provides sealing between the piston 73 and the axial channel 43. The base thereof is pierced with a radial orifice 91 which connects the axial channel 43 to a pressure measurement device 93. Another radial orifice 94 is provided in the wall of the base element 42, which contains a safety device of known type, intended to communicate the axial channel 43 with the atmosphere, in case the pressure in the latter would reach a value greater than a determined value, considered to be dangerous for the device. Means for limiting the stroke of the piston 73, upper 82 and lower 84 are also provided. These means can be mechanical, electronic or optical means.
Pour réaliser une mesure de rugosité on applique la base de l'appareil 41 sur la face 1 à mesurer puis on met en rotation, progressivement, le moteur pas-à-pas 71 de façon à abaisser le piston 73 à l'intérieur de la cavité axiale 43 en comprimant ainsi l'air contenu dans celle-ci, ainsi que dans la cavité 49 de la tête de mesure, jusqu'à ce que l'on atteigne la pression P c sous laquelle on souhaite réaliser la mesure. La mesure de la déformation subie par la jauge 13 indique, de façon connue, la valeur de la rugosité de la surface 1 à mesurer. To carry out a roughness measurement, the base of the device 41 is applied to the face 1 to be measured, then the stepping motor 71 is gradually rotated so as to lower the piston 73 inside the axial cavity 43 thereby compressing the air contained therein, as well as in the cavity 49 of the measuring head, until the pressure P c is reached under which it is desired to carry out the measurement. The measurement of the deformation undergone by the gauge 13 indicates, in a known manner, the value of the roughness of the surface 1 to be measured.
Afin d'augmenter la déformation de l'élément élastique 11, et donc la sensibilité de l'appareil, le fluide comprimé par le piston 73 peut être constitué d'un liquide. In order to increase the deformation of the elastic element 11, and therefore the sensitivity of the device, the fluid compressed by the piston 73 may consist of a liquid.
Pour améliorer la stabilité de l'appareil de mesure sur la surface 1 du solide, et comme représenté sur les figures 4 et 4a, la base de la tête de mesure 47 comporte trois bossages 48 disposés angulairement à sensiblement à 1200 les uns par rapport aux autres, par lesquels l'appareil s'appuie sur la surface 14. Un logement 100 de forme annulaire, est creusé sur la face antérieure de la tête de mesure 47 à l'intérieur duquel prend place un aimant 102 de forme correspondante. To improve the stability of the measuring device on the surface 1 of the solid, and as shown in FIGS. 4 and 4a, the base of the measuring head 47 has three bosses 48 arranged angularly at substantially 1200 at each other. others, by which the device is supported on the surface 14. A housing 100 of annular shape, is hollowed out on the front face of the measuring head 47 inside which takes place a magnet 102 of corresponding shape.
La figure 5 représente un appareil destiné à effectuer des mesures de rugosité sur des surfaces 1 de grandes dimensions, telles que par exemple des parties de route ou d'autoroute. Cet appareil de mesure est constitué d'un caisson 110, par exemple de forme parallélépipédique et de faible épaisseur, dont les dimensions sont fonction de la surface que l'on souhaite contrôler. L'intérieur 111 de ce caisson 110 est réuni, au moyen d'une prise de pression appropriée 112, à une source de pression de valeur réglable non représentée sur le dessin. La base du caisson 110 est ouverte et une feuille d'un matériau déformable et élastique 11 est fixée, par sa périphérie, sur la base de ce caisson. FIG. 5 represents an apparatus intended to carry out roughness measurements on large surfaces 1, such as for example parts of road or motorway. This measuring device consists of a box 110, for example of rectangular shape and of small thickness, the dimensions of which depend on the surface which it is desired to control. The interior 111 of this box 110 is joined, by means of an appropriate pressure tap 112, to a pressure source of adjustable value not shown in the drawing. The base of the box 110 is open and a sheet of deformable and elastic material 11 is fixed, by its periphery, to the base of this box.
La partie supérieure et intérieure de l'élément 114 comporte une série de jauges de déformation 13 reliées à des moyens de mesure extérieurs, non représentés sur le dessin. Un capteur de pression 118 est disposé à l'intérieur du caisson 110 et permet, de régler à une valeur donnée déterminée Pct fonction du type de mesure à réaliser, la pression appliquée à la cellule de mesure.The upper and inner part of the element 114 comprises a series of strain gauges 13 connected to external measurement means, not shown in the drawing. A pressure sensor 118 is disposed inside the box 110 and makes it possible to adjust the pressure applied to the measuring cell to a given given value Pct as a function of the type of measurement to be carried out.
De façon intéressante, les différentes jauges de déformation 13 seront reliées à des moyens de saisie de données, tels que par exemple des systèmes automatisés de type micro-ordinateur. Interestingly, the various strain gauges 13 will be connected to data entry means, such as for example automated systems of the microcomputer type.
Dans le but de constituer des cellules de mesure qui soient d'un maniement plus facile, et qui évitent à la jauge de contrainte de se détériorer en cours de manipulation, on peut, comme représenté sur la figure 6, disposer la jauge de déformation 13 à l'intérieur d'un logement 122 prévu dans l'épaisseur d'un élément déformable élastique 11. La cavité 122 est refermée, sur la jauge de déformation 13 par un élément d'un matériau de même nature que l'élément déformable élastique 11. L'élément déformable élastique peut également être constitué d'un élastomère qui est moulé sur la jauge de déformation 13. Ce type de disposition permet en outre de rapprocher la jauge de déformation de la face de l'élément élastique déformable 11 en contact avec la surface 1 à mesurer, améliorant ainsi la sensibilité de la cellule de mesure. In order to constitute measuring cells which are easier to handle, and which prevent the strain gauge from deteriorating during handling, it is possible, as shown in FIG. 6, to arrange the strain gauge 13 inside a housing 122 provided in the thickness of an elastic deformable element 11. The cavity 122 is closed, on the deformation gauge 13 by an element of a material of the same kind as the elastic deformable element 11. The elastic deformable element can also consist of an elastomer which is molded on the deformation gauge 13. This type of arrangement also makes it possible to bring the deformation gauge closer to the face of the deformable elastic element 11 in contact with the surface 1 to be measured, thus improving the sensitivity of the measuring cell.
L'appareil suivant l'invention peut être utilisé pour réaliser la mesure de paramètres physiques différents de la rugosité, tels que par exemple un déplacement ou une variation de température en surface d'un corps solide. The device according to the invention can be used to measure physical parameters other than roughness, such as for example a displacement or a variation in temperature at the surface of a solid body.
Le présent appareil de mesure permet ainsi de mesurer des variations de température sur des solides portés à très haute température. The present measuring device thus makes it possible to measure temperature variations on solids brought to very high temperatures.
Ainsi, sur la figure 7, une tête de mesure 126 comporte sur sa face inférieure un élément déformable élastique 11 dans lequel sont disposées deux pointes de mesure 130 de direction axiale et qui sont éloignées d'une certaine distance e l'une de l'autre. Les pointes de mesure 130 logées dans l'élément déformable élastique 11 sont isolées de celui-ci par un manchon 129 constitué d'un matériau isolant thermiquement. Une jauge de déformation 13 est disposée à l'intérieur du matériau déformable élastique 11 et est reliée, comme précédemment, à des moyens de mesure externes non représentés.Un bouclier thermique 134 constitué d'un matériau de bonne isolation thermique, tel que par exemple une céramique, est fixé sur la tête de mesure 126 de façon à entourer la partie avant de celle-ci et comporte des orifices 138 permettant aux pointes de mesure 130 de s'étendre vers l'extérieur au-delà du bouclier thermique 134. Thus, in FIG. 7, a measuring head 126 has on its lower face an elastic deformable element 11 in which are arranged two measuring points 130 of axial direction and which are spaced a certain distance from one of the other. The measuring tips 130 housed in the elastic deformable element 11 are isolated from the latter by a sleeve 129 made of a thermally insulating material. A strain gauge 13 is disposed inside the elastic deformable material 11 and is connected, as before, to external measurement means not shown. A heat shield 134 made of a material of good thermal insulation, such as for example a ceramic, is fixed on the measuring head 126 so as to surround the front part thereof and has orifices 138 allowing the measuring tips 130 to extend outwards beyond the heat shield 134.
Les pointes de mesure 130 sont constituées d'un matériau à haute résistance à la chaleur tel qu'une céramique.The measuring tips 130 are made of a material with high heat resistance such as ceramic.
Pour réaliser une mesure de variation de température d'un solide 3, les deux pointes de mesure 130 sont mises en contact avec la surface 1 du solide 3. Si celui-ci est soumis à une variation de température, la modification de longueur qu'il subit provoque une modification de la distance e existant entre les pointes 130, cette modification entraînant des déformations du matériau déformable élastique 11 qui seront détectées par la jauge 13. L'appareil suivant l'invention est donc en mesure de détecter, par exemple sur des solides portés à haute température, des variations de température, même faibles, survenant en surface dudit solide. To measure the temperature variation of a solid 3, the two measurement tips 130 are brought into contact with the surface 1 of the solid 3. If the latter is subjected to a temperature variation, the change in length that it suddenly causes a modification of the distance e existing between the tips 130, this modification causing deformations of the elastic deformable material 11 which will be detected by the gauge 13. The device according to the invention is therefore able to detect, for example on solids brought to high temperature, temperature variations, even small, occurring on the surface of said solid.
Bien entendu ou pourra utiliser de façon comme une seconde jauge, de compensation de température, permettant de rattraper l'influence de la chaleur rayonnée par le solide sur la jauge de mesure 13.Of course, or may use, as a second gauge, temperature compensation, making it possible to compensate for the influence of the heat radiated by the solid on the measurement gauge 13.
Dans une variante de mise en oeuvre intéressante de l'invention, l'appareil de mesure peut être utilisé pour réaliser des mesures d'un paramètre physique sur des solides en mouvement. I1 peut ainsi être utilisé pour mesurer la rugosité de tôles, en sortie d'un train de laminoirs. In an interesting implementation variant of the invention, the measuring device can be used to carry out measurements of a physical parameter on moving solids. It can thus be used to measure the roughness of sheets, at the outlet of a rolling mill train.
Ainsi l'appareil de mesure représenté sur les figures 8 à 11 se compose essentiellement d'un électroaimant 140 de forme sensiblement torique à l'intérieur duquel est monté coulissant un élément tubulaire 142, dans l'alésage central 144 duquel est monté coulissant un piston cylindrique 146 dont la partie supérieure comporte un plateau cylindrique 148 de plus fort diamètre. Un premier ressort hélicoïdal de compression 150 est disposé entre la face inférieure du plateau 148 et la partie supérieure de l'électroaimant 140, le ressort 150 maintenant, en position de repos, c'est-à-dire lorsque l'électroaimant 140 n'est pas alimenté, le plateau 148 en position haute (figure 8).Un second ressort hélicoïdal de compression 151 est disposé, concentriquement au premier, entre la face inférieure du plateau 148 et la partie supérieure de l'élément tubulaire 142, maintenant, en position de repos, le piston 146 en position haute (figure 8). La partie inférieure de l'élément tubulaire 142 reçoit, comme exposé précédemment, une cellule de mesure 154 constituée d'un élément déformable élastique 11 en forme de disque fixé, par exemple par collage, sur la face antérieure annulaire de l'élément tubulaire 142, sur la face interne duquel est disposée une jauge de déformation 13. Thus the measuring device represented in FIGS. 8 to 11 essentially consists of an electromagnet 140 of substantially toroidal shape inside which a tubular element 142 is slidably mounted, in the central bore 144 of which a piston is slidably mounted cylindrical 146, the upper part of which has a cylindrical plate 148 of larger diameter. A first helical compression spring 150 is disposed between the underside of the plate 148 and the upper part of the electromagnet 140, the spring 150 now in the rest position, that is to say when the electromagnet 140 does not is not supplied, the plate 148 in the high position (FIG. 8). A second helical compression spring 151 is arranged, concentric to the first, between the underside of the plate 148 and the upper part of the tubular element 142, now in rest position, the piston 146 in the high position (Figure 8). The lower part of the tubular element 142 receives, as explained above, a measurement cell 154 consisting of an elastic deformable element 11 in the form of a disc fixed, for example by gluing, on the annular front face of the tubular element 142 , on the internal face of which a strain gauge 13 is arranged.
La mise en oeuvre de l'appareil de mesure se déroule en deux temps, comme représenté respectivement sur les figures 9 et 10. Dans un premier temps, l'appareil de mesure étant positionné sur une surface 1 d'un solide, on alimente l'électroaimant 140 avec un courant d'intensité telle que, sous l'action du champs magnétique produit, et à l'encontre de l'action du ressort de compression 150, on applique la face inférieure de l'élément tubulaire 142, et donc l'élément déformable élastique 11, contre la surface 1 (figure 9). The implementation of the measuring device takes place in two stages, as shown respectively in FIGS. 9 and 10. Firstly, the measuring device being positioned on a surface 1 of a solid, one supplies the electromagnet 140 with a current of intensity such that, under the action of the magnetic field produced, and against the action of the compression spring 150, the underside of the tubular element 142 is applied, and therefore the elastic deformable element 11, against the surface 1 (FIG. 9).
Dans un second temps (figure 10), on augmente, de façon contrôlée, l'intensité du courant alimentant l'électroaimant 140 de façon à provoquer, sous l'action du champs magnétique ainsi produit, le déplacement vers le bas du piston 146, à l'encontre des ressorts 150 et 151. Le déplacement du piston comprime l'air compris entre sa base et la partie supérieure de la cellule de mesure. Lorsque la pression P c souhaitée pour réaliser la mesure est atteinte on maintient, de façon manuelle ou automatique l'intensité du courant traversant l'électroaimant pour conserver la pression P c à une valeur constante et on relève simultanément la mesure fournie par la jauge 13. In a second step (FIG. 10), the intensity of the current supplying the electromagnet 140 is increased in a controlled manner so as to cause, under the action of the magnetic field thus produced, the downward displacement of the piston 146, against springs 150 and 151. The displacement of the piston compresses the air between its base and the upper part of the measuring cell. When the pressure P c desired for carrying out the measurement is reached, the intensity of the current passing through the electromagnet is maintained manually or automatically in order to keep the pressure P c at a constant value and the measurement supplied by the gauge 13 is simultaneously noted. .
Un tel dispositif, comme représenté sur la figure 11, peut être utilisé pour réaliser des mesures, par exemple de rugosité, sur une feuille de tôle 155 en mouvement dans une direction A. Such a device, as shown in FIG. 11, can be used to make measurements, for example of roughness, on a sheet of sheet metal 155 moving in a direction A.
Le dispositif de mesure comprend une courroie sans fin 157 montée sur des rouleaux principaux 159,159', des rouleaux secondaires 161,161' disposés sous la partie de courroie supérieure, entre les rouleaux principaux, de telle façon que la partie de courroie comprise entre les deux rouleaux secondaires 161,161' soit parallèle au plan de la tôle 155, et que les parties de courroie comprises entre le galet principal 159 et le galet secondaire 161 d'une part et le galet secondaire 161' et le galet principal 159' d'autre part, soient d'arrière en avant respectivement inclinées du bas vers le haut, et du haut vers le bas. Trois appareils de mesure du type décrit ci-dessus sont fixés sur la courroie 157 de façon que les électroaimants 140 soient tournés vers l'extérieur de façon à pouvoir venir se fixer sur la plaque de tôle 155.L'écartement des appareils est légèrement inférieur à l'écartement des deux rouleaux secondaires 161,161' de façon à ce qu'au moins un appareil se trouve en permanence fixé par son électroaimant 140 sur la tôle 155. The measuring device comprises an endless belt 157 mounted on main rollers 159,159 ', secondary rollers 161,161' arranged under the upper belt part, between the main rollers, so that the belt part between the two secondary rollers 161.161 'is parallel to the plane of the sheet 155, and that the parts of the belt comprised between the main roller 159 and the secondary roller 161 on the one hand and the secondary roller 161' and the main roller 159 'on the other hand, are from back to front respectively inclined from bottom to top, and from top to bottom. Three measuring devices of the type described above are fixed on the belt 157 so that the electromagnets 140 are turned towards the outside so as to be able to be fixed on the sheet metal plate 155. The spacing of the devices is slightly less at the spacing of the two secondary rollers 161, 161 'so that at least one device is permanently fixed by its electromagnet 140 on the sheet 155.
Des moyens sont prévus pour que, en bout de course, c'est-àdire lorsque l'appareil arrive à proximité du rouleau secondaire 161' disposé le plus en aval, l'alimentation en courant de l'électroaimant soit coupée de façon à ce qu'il puisse se détacher de la tôle 155. Ainsi, en fonction de l'écartement f des deux rouleaux secondaires 161,161' et de la vitesse de défilement de la tôle 155 l'appareil bénéficie d'un temps donné pour réaliser sa mesure, c'est-à-dire du temps pendant lequel il va se déplacer du rouleau secondaire amont 161 au rouleau secondaire aval 161'. L'alimentation électrique et les échanges de données entre les appareils et l'extérieur peuvent se faire, de façon connue, au moyen de systèmes de palpeurs dont sont pourvus les appareils, et qui viennent en contact avec des pistes longitudinales 156 disposées dans le sens de déplacement A de la feuille de tôle 155.Means are provided so that, at the end of its travel, that is to say when the apparatus arrives near the secondary roller 161 'disposed furthest downstream, the current supply to the electromagnet is cut off so that that it can detach from the sheet 155. Thus, as a function of the spacing f of the two secondary rollers 161, 161 'and of the running speed of the sheet 155, the device benefits from a given time to perform its measurement, that is to say, the time during which it will move from the upstream secondary roller 161 to the downstream secondary roller 161 '. The power supply and the exchange of data between the devices and the outside can be done, in a known manner, by means of probe systems with which the devices are provided, and which come into contact with longitudinal tracks 156 arranged in the direction displacement A of the sheet metal sheet 155.
Les données peuvent également être transmises, à partir des appareils, vers l'extérieur à l'aide de tout moyen de transmission de données de type connu. Data can also be transmitted from the devices to the outside using any known type of data transmission means.
Bien entendu, la synchronisation des commandes des électroaimants 140 fixant l'appareil sur la tôle, ainsi que l'analyse des différentes données recueillies peut être pilotée par tout moyen d'automation connu, par exemple un calculateur ou un ordinateur. Of course, the synchronization of the commands of the electromagnets 140 fixing the device to the sheet, as well as the analysis of the various data collected can be controlled by any known automation means, for example a computer or a computer.
La présente invention permet également de détecter un déplacement relatif dans les trois dimensions entre deux appareils, par exemple deux appareils de mesure. Ainsi sur la figure 12, un appareil suivant l'invention 170 comporte un corps cylindrique 172 dont l'axe de symétrie vv' est sensiblement horizontal. La partie frontale du corps 172 est creusée d'une cavité 174, communiquant, par un canal 176, avec une source de pression réglable, non représentée sur le dessin. La face antérieure annulaire du corps 172 reçoit un élément déformable élastique 11 pourvu suivant son axe vv' d'une sonde 180 dont l'extrémité libre comporte un moyen de fixation tel que par exemple une rondelle aimantée 182 permettant de solidariser l'appareil d'un objet 184 dont on souhaite détecter le déplacement. La face arrière de l'élément déformable élastique reçoit une jauge de déformation 13. The present invention also makes it possible to detect a relative displacement in three dimensions between two devices, for example two measuring devices. Thus in FIG. 12, an apparatus according to the invention 170 comprises a cylindrical body 172 whose axis of symmetry vv 'is substantially horizontal. The front part of the body 172 is hollowed out of a cavity 174, communicating, through a channel 176, with an adjustable pressure source, not shown in the drawing. The annular front face of the body 172 receives an elastic deformable element 11 provided along its axis vv 'with a probe 180 the free end of which comprises a fixing means such as for example a magnetized washer 182 making it possible to secure the apparatus an object 184 whose displacement is to be detected. The rear face of the elastic deformable element receives a strain gauge 13.
Ainsi tout déplacement de l'objet 184 par rapport à l'appareil 170, provoquera le déplacement de la sonde 180 et donc l'apparition de contraintes dans le matériau déformable élastique 11, contraintes qui seront détectées par la jauge 13. Thus any movement of the object 184 relative to the apparatus 170, will cause the displacement of the probe 180 and therefore the appearance of stresses in the elastic deformable material 11, stresses which will be detected by the gauge 13.
Claims (16)
Priority Applications (1)
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| FR9007095A FR2663116A1 (en) | 1990-06-07 | 1990-06-07 | Apparatus for measuring physical parameters of the surface of a solid |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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ID=9397374
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