FR2708101A1

FR2708101A1 - Two-way force sensor and application especially to the measurement of a force torsor.

Info

Publication number: FR2708101A1
Application number: FR9308370A
Authority: FR
Inventors: Couetard Yves; Universite De Bordeaux I Ra
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 1993-07-02
Filing date: 1993-07-02
Publication date: 1995-01-27
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: FR2708101B1; WO1995001556A1

Abstract

- L'objet de l'invention est un capteur de force à deux voies, pour la mesure de flexions ou torsions, du type comprenant un corps d'épreuve (1) interposé entre une partie d'encastrement (2) et une partie (3) d'application des forces à mesurer, sur la surface du corps d'épreuve (1) étant appliquées des jauges de contrainte ou analogues reliées à un dispositif de mesure électrique approprié, caractérisé en ce que ledit corps d'épreuve (1) comporte quatre faces (E1 à E4 ) délimitées par un tronc de pyramide à base carrée, la grande base étant tournée vers la partie d'encastrement (2), cependant que lesdites faces sont définies en sorte d'être sensiblement tangentes à une même surface d'isocontrainte (5) résultant de l'application, dans ladite partie d'application (3), d'une force (F) dans un plan perpendiculaire à l'axe (A) du corps d'épreuve (1) et en ce qu'au moins l'une des faces des deux paires de faces opposées (E1 à E4 ) comporte au moins une jauge de contrainte, les jauges des deux paires de faces opposées étant montées dans deux ponts de mesure électrique indépendants. - Application à la mesure de forces et de moments de torsion et/ou de flexion.- The object of the invention is a two-way force sensor, for the measurement of bending or torsion, of the type comprising a test body (1) interposed between a fitting part (2) and a part ( 3) application of the forces to be measured, on the surface of the test body (1) being applied strain gauges or the like connected to a suitable electrical measuring device, characterized in that said test body (1) has four faces (E1 to E4) delimited by a truncated pyramid with a square base, the large base being turned towards the embedding part (2), while said faces are defined so as to be substantially tangent to the same surface iso-stress (5) resulting from the application, in said application part (3), of a force (F) in a plane perpendicular to the axis (A) of the test body (1) and in that at least one of the faces of the two pairs of opposite faces (E1 to E4) comprises at least one strain gauge, the gauges of the two x pairs of opposite faces being mounted in two independent electrical measuring bridges. - Application to the measurement of forces and moments of torsion and / or bending.

Description

CAPTEUR DE FORCE A DEUX VOIES ET APPLICATION
NOTAMMENT A LA MESURE D'UN TORSEUR DE FORCES
La présente invention a trait à un capteur extensométrique destiné à la mesure de forces et de moments de torsion et/ou de flexion et plus précisément un capteur de force destiné à mesurer les deux composantes orthogonales d'une force de direction quelconque dans le plan de mesure du capteur et susceptible, en utilisation en association avec d'autres capteurs du même type, notamment suivant une combinaison de trois capteurs, de mesurer le torseur des forces appliquées au point de chargement.TWO-WAY FORCE SENSOR AND APPLICATION
IN PARTICULAR TO THE MEASUREMENT OF A FORCE THRUSTER
The present invention relates to an extensometric sensor for measuring torsional and / or flexural forces and moments and more specifically to a force sensor for measuring the two orthogonal components of any directional force in the plane of rotation. measuring the sensor and capable, in use in combination with other sensors of the same type, including a combination of three sensors, to measure the torsor forces applied to the point of loading.

Le but de l'invention est de proposer un capteur de force à deux voies à la fois rigide et compact et de conception simple. The object of the invention is to provide a two-way force sensor both rigid and compact and simple design.

A cet effet, l'invention a pour objet un capteur de force à deux voies, pour la mesure de flexions ou torsions, du type comprenant un corps d'épreuve interposé entre une partie d'encastrement et une partie d'application des forces à mesurer, sur la surface du corps d'épreuve étant appliquées des jauges de contrainte ou analogues reliées à un dispositif de mesure électrique approprié, caractérisé en ce que ledit corps d'épreuve comporte quatre faces délimitées par un tronc de pyramide à base carrée, la grande base étant tournée vers la partie d'encastrement, cependant que lesdites faces sont définies en sorte d'être sensiblement tangentes à une même surface d'isocontrainte résultant de l'application, dans ladite partie d'application, d'une force dans un plan perpendiculaire à l'axe du corps d'épreuve et en ce qu'au moins l'une des faces des deux paires de faces opposées comporte au moins une jauge de contrainte, les jauges des deux paires de faces opposées étant montées dans deux ponts de mesure électrique indépendants. For this purpose, the subject of the invention is a two-way force sensor, for the measurement of bending or torsion, of the type comprising a test body interposed between an embedding portion and a force application portion. measuring, on the surface of the test body being applied strain gauges or the like connected to a suitable electrical measuring device, characterized in that said test body comprises four faces delimited by a truncated pyramid with a square base, the large base being turned towards the embedding portion, while said faces are defined so as to be substantially tangent to the same isostressing surface resulting from the application, in said application part, of a force in a plane perpendicular to the axis of the test body and in that at least one of the faces of the two pairs of opposite faces comprises at least one strain gauge, the gauges of the two pairs of opposite faces being mounted in two independent electrical measuring bridges.

De préférence, lesdites faces du tronc de pyramide sont déterminées en sorte que leur point de tangence avec ladite surface dtisocontrainte se situe sensiblement au milieu de la zone sensible délimitée par l'ensemble des brins actifs de la ou des jauges de contrainte de la face concernée, c'est-à-dire pratiquement au centre de ladite face. Preferably, said faces of the truncated pyramid are determined so that their point of tangency with said isostressed surface is substantially in the middle of the sensitive zone delimited by all the active strands of the strain gauge or gauges of the face concerned. , that is to say substantially in the center of said face.

Suivant un mode de réalisation préféré, chaque face est munie de deux jauges, l'une longitudinale et l'autre transversale. According to a preferred embodiment, each face is provided with two gauges, one longitudinal and the other transverse.

Un tel capteur est remarquablement compact et d'une très grande rigidité résultant d'une forme optimale du corps d'épreuve dont la surface des faces peut être réduite à la taille strictement nécessaire à la mise en place des deux jauges de contrainte. Such a sensor is remarkably compact and of great rigidity resulting from an optimal form of the test body whose face surface can be reduced to the size strictly necessary for the establishment of the two strain gauges.

La mise en place des jauges est ainsi facilitée et, de plus, la disposition des brins actifs des jauges d'une face sensiblement dans le plan de tangence d'une surface dtisocontrainte a pour conséquence l'existence dans le plan de mesure défini par lesdits brins d'un faible gradient de contrainte. The introduction of the gauges is thus facilitated and, moreover, the arrangement of the active strands of the gauges of a face substantially in the plane of tangency of an isostressed surface results in the existence in the measurement plane defined by said strands of a low stress gradient.

Ainsi, la fabrication du corps d'épreuve peut être réalisée avec des tolérances plus larges, sans obérer pour autant la précision du capteur. Thus, the manufacture of the test body can be carried out with wider tolerances, without compromising the accuracy of the sensor.

Un tel capteur permet la mesure de forces de torsion ou de flexion. Such a sensor makes it possible to measure torsional or flexural forces.

En outre, son association avec d'autres capteurs de même type, notamment par trois, permet de constituer un capteur de torseur de forces, c'est-à-dire de déterminer à l'aide de six mesures définissant les 3 X 2 composantes de forces appliquées aux trois capteurs, le système équivalent en un point de chargement sous forme d'une force et d'un moment, de torsion ou de flexion, à savoir le torseur réduit audit point de chargement. In addition, its association with other sensors of the same type, in particular by three, makes it possible to constitute a torsor force sensor, that is to say to determine using six measurements defining the 3 X 2 components forces applied to the three sensors, the equivalent system at a loading point in the form of a force and a moment, torsion or bending, namely the reduced torsor at said loading point.

Un tel capteur de torseur de forces s'intègre très aisément dans la réalisation de dynamomètres ou de plateaux ou porte-outils dynamométriques à six composantes. Such a force torsor sensor is very easily integrated in the production of dynamometers or six-component dynamometer platters or tool holders.

D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de modes de mise en oeuvre de capteurs selon l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels
- Figure 1 est une vue en perspective d'un capteur de
force à deux voies conforme à l'invention, selon un
mode de réalisation préféré
- Figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un
capteur du type de la figure 1, en position
d'encastrement et soumis à une flexion ;
- Figure 3 est un schéma d'un pont de Wheatstone dans
lequel sont disposées les jauges de contraintes de
deux faces opposées du corps d'épreuve du capteur de
la figure 1
- Figure 4 est une vue schématique d'un dynamomètre à
six composantes réalisé à l'aide de trois capteurs du
type de la figure 1, et
- Figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V du
dispositif de la figure 4.Other characteristics and advantages will emerge from the following description of embodiments of sensors according to the invention, a description given by way of example only and with reference to the appended drawings in which:
- Figure 1 is a perspective view of a sensor of
two-way force according to the invention, according to a
preferred embodiment
- Figure 2 is a longitudinal sectional view of a
type of sensor of Figure 1, in position
recessed and bent;
- Figure 3 is a diagram of a Wheatstone bridge in
which are arranged the strain gauges of
two opposite sides of the test body of the sensor of
Figure 1
FIG. 4 is a schematic view of a dynamometer at
six components made using three sensors from the
type of Figure 1, and
- Figure 5 is a sectional view along the line VV of
device of Figure 4.

Sur la figure 1 on a représenté un mode de réalisation d'un capteur selon l'invention. Celui-ci est constitué d'un corps d'épreuve 1 en forme de tronc de pyramide à base carrée, interposé entre une partie d'encastrement 2 en forme de cylindre dans la section circulaire duquel s'inscrit la grande base du tronc de pyramide 1 et une partie 3 d'application des forces à mesurer, également en forme de cylindre dont la section circulaire s'inscrit dans la petite base dudit tronc de pyramide 1. In Figure 1 there is shown an embodiment of a sensor according to the invention. This consists of a test body 1 in the form of a truncated pyramid with a square base, interposed between a recess portion 2 in the form of a cylinder in the circular section of which the large base of the truncated pyramid is inscribed. 1 and a part 3 of application of the forces to be measured, also in the form of a cylinder whose circular section fits into the small base of said truncated pyramid 1.

Le capteur est, par exemple, une pièce monobloc d'un matériau approprié à la réalisation de capteurs extensométriques, de l'acier ou un alliage à base d'aluminium, et présente, à titre indicatif essentiellement car les dimensions peuvent bien entendu varier, les caractéristiques suivantes : diamètre des parties 2 et 3 : 17 mm et 10 mm respectivement ; longueur des parties 2 et 3 : 25 mm et 22 mm respectivement ; longueur du corps d'épreuve 1 : 13,7 mm pente des faces du corps d'épreuve 1 par rapport à l'axe A du capteur : 5 . The sensor is, for example, a one-piece piece of material suitable for the production of extensometric sensors, steel or an alloy based on aluminum, and is essentially indicative because the dimensions can of course vary, the following characteristics: diameter of the parts 2 and 3: 17 mm and 10 mm respectively; length of the parts 2 and 3: 25 mm and 22 mm respectively; length of the test body 1: 13.7 mm slope of the faces of the test body 1 with respect to the axis A of the sensor: 5.

Sur chaque face du corps d'épreuve 1 sont disposées, à la manière connue, c'est-à-dire par collage, deux jauges de contrainte conventionnelles dont les brins actifs sont disposés respectivement longitudinalement au corps d'épreuve 1 (axe A) et transversalement. On each face of the test body 1 are arranged, in the known manner, that is to say by gluing, two conventional strain gauges whose active strands are respectively arranged longitudinally to the test body 1 (axis A) and transversely.

Sur la figure 1 on a représenté sur la face supérieure E1, une jauge de contrainte longitudinale JLl 7 et une jauge de contrainte transversale JT1 et sur la face adjacente visible
E2, une jauge de contrainte longitudinale JL2 et une jauge de contrainte transversale JT2. FIG. 1 shows on the upper face E1 a longitudinal strain gauge JL1 7 and a transverse strain gauge JT1 and on the visible adjacent face.
E2, a longitudinal strain gauge JL2 and a transverse strain gauge JT2.

La face E3 opposée à la face El est munie de deux jauges de contrainte JL3t JT3 identiques aux jauges JL1 et JT1 et placées en regard de ces dernières respectivement, seule la jauge transversale JT3 étant partiellement représentée sur la figure 1, à des fins de clarté. The face E3 opposed to the face E1 is provided with two strain gauges JL3t JT3 identical to the gauges JL1 and JT1 and placed facing them respectively, only the transverse gauge JT3 being partially shown in FIG. 1, for the sake of clarity. .

De même, la face E4 opposée à la face E2 est munie de deux jauges longitudinale et transversale JL4 et JT4 placées en correspondance avec les jauges JL2, JT2, seule la jauge JT4 étant visible sur le dessin. Likewise, the face E4 opposite the face E2 is provided with two longitudinal and transverse gauges JL4 and JT4 placed in correspondence with the gauges JL2, JT2, only the gauge JT4 being visible in the drawing.

La partie d'application des forces 3 est soumise à des forces à mesurer d'une direction quelconque mais situées dans un plan perpendiculaire à l'axe A du capteur et défini sur la figure 1 par le référentiel cartésien XOY, l'origine O étant prise sur l'axe A et les centres des faces El et E2 étant dans les plans définis par l'axe A et les axes OY et OX respectivement. The force application part 3 is subjected to forces to be measured in any direction but situated in a plane perpendicular to the axis A of the sensor and defined in FIG. 1 by the Cartesian reference frame XOY, the origin O being taken on the axis A and the centers of the faces E1 and E2 being in the planes defined by the axis A and the axes OY and OX respectively.

Sur la figure 2 on a représenté en élévation latérale un capteur du type de la figure 1, encastré dans un massif d'encastrement 4 et soumis à une force ou charge F appliquée en un point O de l'axe A, perpendiculairement à ce dernier. FIG. 2 shows in side elevation a sensor of the type of FIG. 1, embedded in a mounting mass 4 and subjected to a force or load F applied at a point O of the axis A, perpendicular thereto. .

En 5 est représentée le profil de section d'une surface dtisocontrainte engendrée dans la masse du capteur par l'application de la force F. In 5 is shown the section profile of an isostressed surface generated in the mass of the sensor by the application of the force F.

Dans la masse du capteur les contraintes engendrées par la force F se distribuent suivant des surfaces cubiques définies chacune par les points où règnent une même contrainte. In the mass of the sensor, the stresses generated by the force F are distributed along cubic surfaces each defined by the points where the same stress prevails.

L'une de ses surfaces 5 est tangente aux centres C des faces El à E4 du corps d'épreuve 1. Les formes et dimensions de ce corps d'épreuve 1 sont, conformément à l'invention, précisément déterminées par le calcul pour que les centres C des faces du tronc de pyramide constituant le corps d'épreuve 1 correspondent à un point de tangente des faces E1 à E4 à une surface dtisocontrainte 5. One of its surfaces 5 is tangential to the centers C of the faces E1 to E4 of the test body 1. The shapes and dimensions of this test body 1 are, according to the invention, precisely determined by the calculation so that the centers C of the faces of the truncated pyramid constituting the test body 1 correspond to a point of tangent of the faces E1 to E4 to an isostressed surface 5.

Les jauges de contrainte (JL, JT) de chaque face El à E4 sont disposées de manière que l'aire globale couverte par les brins actifs des deux jauges de la face considérée ait son centre sensiblement confondu avec le centre C de ladite face. The strain gauges (JL, JT) of each face E1 to E4 are arranged so that the overall area covered by the active strands of the two gauges of the face in question has its center substantially coincident with the center C of said face.

De préférence, les jauges (JL, JT) d'une même face sont disposées symétriquement, pour ce qui concerne leurs brins actifs, par rapport à la médiatrice de la face. Preferably, the gauges (JL, JT) of the same face are arranged symmetrically, as regards their active strands, with respect to the mediator of the face.

De cette manière, les brins actifs des deux jauges JL,JT, bien que se trouvant dans un plan distinct de la surface d'isocontrainte 5, sont néanmoins très voisins de cette surface et sont donc soumis à un faible gradient de contrainte, et, de plus, s'autocompensent du fait de leur disposition à cheval sur la médiatrice de la face, ce qui retentit sur la précision de la mesure. In this way, the active strands of the two gauges JL, JT, although lying in a plane distinct from the isostressing surface 5, are nevertheless very close to this surface and are therefore subjected to a low stress gradient, and moreover, self-compensating because of their provision straddling the mediator of the face, which resonates on the accuracy of the measure.

La pente p d'inclinaison sur l'axe A de chaque face El à
E4 du corps d'épreuve 1 du capteur de la figure 2, est par exemple de 5O. The inclination slope p on the axis A of each face El to
E4 of the test body 1 of the sensor of Figure 2, for example is 50.

Bien entendu, le corps d'épreuve 1 pourrait être calculé de manière à avoir un point de tangence entre chaque face et une autre surface dtisocontrainte, ailleurs qu'au centre C de la face, par exemple au droit de la racine d'encastrement 6 du corps d'épreuve 1, et la pente de chaque face pourrait être différente, étant entendu que, d'une manière générale, cette pente sera comprise préférentiellement dans la plage 5 à 9". Of course, the test body 1 could be calculated so as to have a point of tangency between each face and another surface of isostraint, other than at the center C of the face, for example to the right of the embedding root 6 of the test body 1, and the slope of each face could be different, it being understood that, in general, this slope will preferably be in the range 5 to 9 ".

La section d'encastrement (grande base du tronc de pyramide 1) du capteur est fonction des surfaces (faces E1 à
E4) nécessaires pour accueillir les jauges de contrainte. On s'arrangera donc, dans un souci de compacité, pour réduire la surface desdites faces El à E4 au strict nécessaire au collage des jauges, ce qui permettra de réduire la section d'encastrement et donc la masse de matière et l'encombrement du capteur.The embedding section (large base of the truncated pyramid 1) of the sensor is a function of the surfaces (faces E1 to
E4) necessary to accommodate the strain gauges. It will therefore be arranged, for the sake of compactness, to reduce the surface area of said faces E1 to E4 strictly necessary for gluing the gauges, which will make it possible to reduce the embedding section and thus the mass of material and the bulk of the sensor.

En revenant à la figure 1, il est clair que les jauges des faces opposées El et E3 assurent la mesure de la composante selon OY de toute force appliquée dans le plan XOY et que les jauges de l'autre paire de faces opposées E2,E4 assurent la mesure de la composante selon OX de ladite force. Returning to FIG. 1, it is clear that the gauges of the opposite faces E1 and E3 ensure the measurement of the component according to OY of any force applied in the plane XOY and that the gauges of the other pair of opposite faces E2, E4 measure the component according to OX of said force.

A cet effet, les jauges des quatre faces E1 à E4 sont disposées dans deux ponts de mesure électrique de type
Wheatstone, identiques et indépendants et dont l'un est schématisé sur la figure 3.For this purpose, the gauges of the four faces E1 to E4 are arranged in two electrical measuring bridges of the type
Wheatstone, identical and independent, one of which is shown schematically in Figure 3.

Chaque pont de mesure incorpore dans ses quatre branches les quatre jauges de deux faces opposées, les jauges de contrainte de même type ou homologue, par exemple les jauges longitudinales JL1 et JL3, étant dans des branches adjacentes (par rapport à un point de mesure) du pont. Each measuring bridge incorporates in its four branches the four gauges of two opposite faces, the strain gauges of the same type or homologous, for example the longitudinal gauges JL1 and JL3, being in adjacent branches (with respect to a measuring point) of the bridge.

Les tensions de mesure Vm disponibles en sortie des deux ponts constituent les deux voies de mesure du capteur. The measurement voltages Vm available at the output of the two bridges constitute the two measuring channels of the sensor.

Le positionnement des jauges de contraintes sur les faces du corps d'épreuve 1 est bien plus facile à réaliser que sur des surfaces d'étendue bien plus large telles que celles d'un barreau à section constante d'un capteur traditionnel. The positioning of the strain gauges on the faces of the test body 1 is much easier to achieve than on surfaces of much larger extent such as those of a constant section bar of a conventional sensor.

Dans un tel capteur, la déformation relevée par une jauge pour une charge donnée est proportionnelle à la distance de ladite jauge au point d'application de la charge. In such a sensor, the deformation raised by a gauge for a given load is proportional to the distance from said gauge to the point of application of the load.

Par suite, toute erreur de positionnement de la jauge entraîne des variations de sensibilité importantes. As a result, any error in the positioning of the gauge causes significant variations in sensitivity.

Avec le capteur de l'invention, un positionnement bien plus précis des jauges est obtenu, ce qui permet de réaliser des capteurs de caractéristiques identiques ou quasiidentiques, ce qui est intéressant notamment lorsque l'on veut apparier ou associer des capteurs pour les intégrer dans une structure à plusieurs capteurs. With the sensor of the invention, a much more precise positioning of the gauges is obtained, which makes it possible to produce sensors of identical or quasi-identical characteristics, which is of interest especially when one wants to match or associate sensors to integrate them into a multi-sensor structure.

Si le capteur de la figure 1 peut s'utiliser seul pour la mesure de forces de flexion ou de torsion, il peut aussi être utilisé conjointement avec d'autres, notamment par trois, pour réaliser des systèmes de mesure des forces constituant un torseur équivalent au torseur des forces ou charges, de flexion ou de torsion, transmises entre deux corps solides. If the sensor of FIG. 1 can be used alone for the measurement of bending or torsion forces, it can also be used together with others, especially by three, to produce force measuring systems constituting an equivalent torsor torsor forces or loads, bending or torsion, transmitted between two solid bodies.

Les figures 4 et 5 illustrent l'application du capteur selon l'invention à la réalisation d'un dynamomètre à six composantes. Figures 4 and 5 illustrate the application of the sensor according to the invention to the realization of a six-component dynamometer.

Ce dynamomètre comprend un moyeu central hexagonal 10 relié par trois bras rayonnants 11 à une couronne circulaire externe 12. This dynamometer comprises a hexagonal central hub 10 connected by three radiating arms 11 to an outer circular ring 12.

Chaque bras 11 est constitué par un capteur selon l'invention comprenant un corps d'épreuve 1, une partie d'encastrement intégrée dans le moyeu 10 et un tourillon 2 monté dans la couronne 12. Each arm 11 is constituted by a sensor according to the invention comprising a test body 1, an embedding portion integrated into the hub 10 and a pin 2 mounted in the ring 12.

Les trois bras 11 sont, de préférence, disposés à 1200 les uns des autres autour du moyeu 10 et les trois capteurs sont identiques, les jauges de contraintes n'étant pas représentées sur les figures 4 et 5. The three arms 11 are preferably arranged at 1200 from each other around the hub 10 and the three sensors are identical, the strain gauges not being shown in FIGS. 4 and 5.

Chaque tourillon 2 est muni, comme représenté sur la figure 4, en coupe partielle suivant la ligne IV-IV de la figure 5, d'une rotule 13 solidaire du tourillon et reçue dans une cage annulaire 14 dont la face interne sphérique glisse sur la rotule 13 et dont la face externe cylindrique glisse également dans un alésage de la couronne 12. Each pin 2 is provided, as shown in FIG. 4, in partial section along the line IV-IV of FIG. 5, of a ball joint 13 integral with the pin and received in an annular cage 14 whose spherical inner face slides on the ball 13 and whose cylindrical outer face also slides in a bore of the ring 12.

En utilisation, le dynamomètre est solidarisé par son moyeu 10 d'un premier corps solide et par sa couronne 12 d'un second corps solide, des charges ou forces de flexion ou torsion étant transmises entre les deux corps solides (non representés) et qui peuvent être par exemple deux axes coaxiaux à la couronne 12. Les forces ou charges sont au point
O des capteurs dans des plans perpendiculaires à l'axe des bras 11 respectifs.In use, the dynamometer is secured by its hub 10 of a first solid body and by its ring 12 of a second solid body, loads or bending or torsion forces being transmitted between the two solid bodies (not shown) and which can be for example two coaxial axes to the crown 12. The forces or loads are developed
O sensors in planes perpendicular to the axis of the respective arms 11.

Un tel dynamomètre permet de déterminer à l'aide de mesures définissant, pour chaque capteur, les deux composantes de forces appliquées à ce capteur, le système équivalent, sous forme d'une force et d'un moment (de torsion ou de flexion), soit le torseur associé en un point de chargement donné. Such a dynamometer makes it possible to determine by means of measurements defining, for each sensor, the two components of forces applied to this sensor, the equivalent system, in the form of a force and a moment (torsion or bending) , or the associated torsor at a given loading point.

Il est à noter que selon les applications dynamométriques à six composantes du capteur selon l'invention, les trois bras 11 du système dynamométrique peuvent ne pas être régulièrement répartis angulairement, deux des bras 11 pouvant être par exemple alignés et l'agencement des trois capteurs, qui sont nécessairement dans un même plan, peut ne présenter aucune symétrie. It should be noted that according to the six-component dynamometric applications of the sensor according to the invention, the three arms 11 of the dynamometric system may not be evenly distributed angularly, two of the arms 11 may for example be aligned and the arrangement of the three sensors , which are necessarily in the same plane, may have no symmetry.

Un tel système dynamométrique permettant d'évaluer avec précision les charges sur trois capteurs bidirectionnels en parallèle, évite le montage de capteurs traditionnels en série, lequel aboutit à un cumul des déformations de chaque capteur et diminue d'autant la rigidité du système. Such a dynamometric system to accurately evaluate the loads on three bidirectional sensors in parallel, avoids the assembly of traditional sensors in series, which results in a cumulative deformation of each sensor and decreases the rigidity of the system.

Le capteur de l'invention, seul ou associé à d'autres pour constituer des systèmes dynamométriques, est susceptible de nombreuses applications en métrologie et en robotique notamment. The sensor of the invention, alone or associated with others to form dynamometric systems, is likely to have many applications in metrology and robotics in particular.

Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée aux modes de mise en oeuvre représentés et décrits ci-dessus, notamment en ce qui concerne les formes et dimensions des trois parties constitutives du capteur (corps d'épreuve 1, partie d'encastrement 2, partie d'application des charges 3), le nombre, la nature et la disposition des jauges de contrainte sur chaque face du tronc de pyramide du corps d'épreuve 1, le mode de montage desdites jauges dans les ponts de mesure électrique. c'est ainsi que chaque face (E1 à E4) peut ne comporter qu'unie seule jauge, qui sera longitudinale et le montage des jauges de deux faces opposées se fera, de préférence et pour obtenir une bonne précision, en demi-pont, les deux jauges étant disposées dans deux branches adjacentes, par rapport à un point de mesure, du pont considéré. Finally, the invention is obviously not limited to the embodiments shown and described above, in particular with regard to the shapes and dimensions of the three component parts of the sensor (test body 1, embedding part 2, part of application of the charges 3), the number, the nature and the arrangement of the strain gauges on each face of the pyramid trunk of the test body 1, the mounting mode of said gauges in the electrical measuring bridges. this is how each face (E1 to E4) may have only one gauge, which will be longitudinal and the mounting of the gauges of two opposite faces will, preferably and to obtain a good precision, half-bridge, the two gauges being arranged in two adjacent branches, with respect to a measuring point, of the bridge in question.

Sur chaque face (E1 à E4) peuvent être au contraire disposées un nombre de jauges supérieur à deux. On peut prévoir ainsi, par face, quatre jauges longitudinales agencées symétriquement par rapport à la médiatrice de la face, ou bien deux jauges longitudinales et deux jauges transversales, également symétriquement disposées par rapport à la médiatrice de la face. En cas de jauges en nombre supérieur à deux par face, ce nombre sera de préférence pair, avec un nombre pair de jauges homologues (longitudinales ou transversales). Quant au montage des jauges dans les deux ponts de mesure, ils pourront être variables selon la nature des mesures effectuées. On each side (E1 to E4) may be arranged on the contrary a number of gauges greater than two. Four longitudinal gauges arranged symmetrically with respect to the mediator of the face, or two longitudinal gauges and two transverse gauges, also symmetrically arranged with respect to the mediator of the face, may thus be provided per face. In the case of gages with a number greater than two per face, this number will preferably be even, with an even number of homologous gages (longitudinal or transverse). As for the mounting of the gauges in the two measurement bridges, they may be variable depending on the nature of the measurements made.

L'intérêt majeur de prévoir par exemple quatre jauges longitudinales par face réside dans l'augmentation de la résistance globale du circuit de jauges, qui entraîne une diminution de la température de fonctionnement du capteur. The major advantage of providing for example four longitudinal gauges per face lies in the increase in the overall resistance of the gage circuit, which causes a decrease in the operating temperature of the sensor.

Suivant une autre variante, il est possible de ne placer des jauges de contrainte que sur l'une des faces de chaque paire de faces opposées. Par exemple, on peut, sur la face E1, disposer quatre jauges, à savoir deux jauges longitudinales et deux jauges transversales, de préférence placées de manière symétrique par rapport à la médiatrice de la face E1. On procède de la même façon par exemple avec la face adjacente E2 et les deux autres faces E3, E4 demeurent vierges. According to another variant, it is possible to place strain gauges only on one of the faces of each pair of opposite faces. For example, it is possible, on the face E1, to have four gauges, namely two longitudinal gauges and two transverse gauges, preferably placed symmetrically with respect to the mediator of the face E1. We proceed in the same way for example with the adjacent face E2 and the other two faces E3, E4 remain blank.

Les jauges de la face E1 sont montées dans un pont de mesure électrique de type Wheatstone de façon que les jauges homologues, les deux jauges longitudinales d'une part et les deux jauges transversales d'autre part, soient dans des branches opposées. The gauges of the face E1 are mounted in a Wheatstone type electrical measuring bridge so that the homologous gauges, the two longitudinal gauges on the one hand and the two transverse gauges on the other hand, are in opposite branches.

L'intérêt de ce mode de réalisation réside dans le fait qu'il existe sur le marché des supports prêts à coller de dimensions réduites (un carré de 8 mm de côté) portant quatre jauges agencées en sorte de pouvoir fonctionner, deux en longitudinal et deux en transversal, ce qui facilite et rend plus économique la mise en place des jauges sur le capteur de l'invention. The advantage of this embodiment lies in the fact that there are on the market supports ready to stick small dimensions (a square of 8 mm side) bearing four gauges arranged so as to be able to function, two in longitudinal and two in transverse, which facilitates and makes more economical the establishment of the gauges on the sensor of the invention.

Par ailleurs, plusieurs capteurs selon l'invention, en nombre (n) égal ou supérieur à deux, peuvent être agencés suivant différentes configurations, dans la mesure où ils sont disposés dans un même plan avec leur partie d'encastrement (2) solidaire d'un même premier corps solide et leur partie de chargement (3) solidaire d'un même second corps solide, en vue de constituer des systèmes dynamométriques à 2n composantes afin de déterminer notamment le torseur des forces ou charges appliquées par l'un des corps solides à l'autre. Moreover, several sensors according to the invention, in number (n) equal to or greater than two, can be arranged in different configurations, insofar as they are arranged in the same plane with their embedding portion (2) integral with one and the same first solid body and their loading part (3) integral with one and the same second solid body, with a view to constituting dynamometric systems with 2n components in order to determine in particular the torsor of the forces or loads applied by one of the bodies solid to each other.

Claims

CLAIMS =: =: =: =: =: =: =: =: =: =: =: =: =: =

1. Two-way force sensor, for the measurement of bending or torsion, of the type comprising a test body (1) interposed between a fitting part (2) and a part (3) for applying forces to measuring, on the surface of the test body (1) being applied strain gauges or the like connected to a suitable electrical measuring device, characterized in that said test body (1) has four faces (E1 to E4) defined by a truncated pyramid with a square base, the large base being turned towards the embedding portion (2), while said faces are defined so as to be substantially tangent to the same isostressing surface (5) resulting from applying, in said application portion (3), a force (F) in a plane perpendicular to the axis (A) of the test body (1) and in that at least one faces of the two pairs of opposite faces (E1 to E4) comprises at least one strain gauge, the gauges of the two x pairs of opposite faces being mounted in two independent electrical measuring bridges.

2. Force sensor according to claim 1, characterized in that the slope (p) of each face (E1 to E4) of the test body (1), relative to the axis (A) of the latter, is between 5 and 90.

3. force sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the point of tangency of said faces (E1 to E4) relative to said understress surface (5) is substantially at the center (C) of the faces.

4. Force sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the point of tangency of said faces (E1 to E4) with respect to said isostressed surface (5) is at right of the embedding root (6) of the body test (1).

5. Force sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that each face (E1 to E4) is provided with at least one longitudinal gauge.

6. Force sensor according to claim 5, characterized in that the longitudinal gauge or the set of longitudinal gauges is disposed on each face (E1 to E4) symmetrically with respect to the mediator of the face.

7. Force sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that each face (E1 to E4) is provided with two gages, one longitudinal (JL1 to JL4) and the other transverse (JTl to

8. Force sensor according to claim 7, characterized in that the two gauges (JL, JT) of each face (E1 to E4) are each arranged symmetrically with respect to the mediator of the face.

9. Force sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that each face (E1 to E4) has an even number of gauge greater than two, the gauges being all longitudinal or longitudinal and transverse equal in number by face and arranged symmetrically with respect to the mediator of the face.

10. Force sensor according to claim 5, comprising a single longitudinal gauge per face (E1 to E4), characterized in that in each electrical measuring bridge the gauges of the two opposite faces are mounted in two adjacent branches.

11. Force sensor according to claim 7, characterized in that in each electrical measuring bridge, the homologous strain gauges (JL1, JL3 JT1, JT3) are arranged in two adjacent branches.

12. Force sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that only one of the faces of the two pairs of opposite faces comprises gauges, four in number, two longitudinal gauges and two gauges transverse , preferably arranged symmetrically with respect to the mediator of the face, the homologous gauges of the same face being mounted in opposite branches of the same electrical measuring bridge.

13. Dynamometric system with 2n components, n being an integer equal to or greater than two, constituted from n sensors according to any one of claims 1 to 12, characterized in that it is formed of n sensors whose axes (A) are arranged in the same plane, whose embedding portions (2) are integral with the same first solid body and whose loading parts (3) are integral with the same second solid body, in order to determine the bending or torsional forces transmitted from one solid body to the other.

14. Dynamometric system according to claim 13, characterized in that it comprises three sensors (1).

15. Dynamometric system according to claim 14, characterized in that the three sensors (1) form three radiating arms (11) angularly offset from 1200.