FR2791133A1 - Procede et dispositif de mesure d'un couple exerce sur une piece soumise a des efforts de couple et de flexion - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de mesure d'un couple qui s'adapte à des pièces de formes diverses, permet un montage rapide en grande série, est peu encombrant, est de surcroît économique et utilise des capteurs soit spécifiques, soit disponibles dans le commerce capables de mesurer une élongation sans effort exagéré sur leurs appuis. Le procédé de mesure est caractérisé en ce que l'on fixe sur ladite pièce (1) au moins deux capteurs (2) de mesure de déformations, identiques, chaque capteur étant rapporté entre deux points d'ancrage distincts (A, B) au moyen d'organes de couplage agencés pour transmettre à ces capteurs les déformations de ladite pièce, ces capteurs étant agencés pour délivrer des signaux électriques en fonction des modifications de la distance entre leurs points d'ancrage respectifs générées par lesdites déformations, en ce que l'on procède à un conditionnement électrique des signaux issus des capteurs, ce conditionnement étant associé spécifiquement à ces capteurs et en ce que l'on combine ces signaux afin de déduire la valeur de ladite composante dudit torseur de forces. Applications : Mesure du couple sur toute forme et tout type de pièce, et notamment dans le domaine du freinage sur tout type de véhicules et machines tournantes.

Description

1 2791133

PROCÉEDÉE ET DISPOSITIF DE MESURE D'UN COUPLE EXERCÉ SUR

UNE PIECE SOUMISE A DES EFFORTS DE COUPLE ET DE FLEXION

La présente invention concerne un procédé de mesure d'au moins une composante d'un torseur de forces appliqué à une pièce, ce torseur de forces étant défini comme suit dans un repère trigonométrique: Fx Fy Fz Mx My Mz

Elle concerne également un dispositif de mesure pour la mise en oeuvre de ce procédé.

Ce procédé et ce dispositif de mesure sont particulièrement adaptés aux arbres fixes subissant un couple en réaction à un couple de freinage ou à un couple moteur. Els peuvent cependant être utilisés pour des arbres tournants, le dispositif de mesure étant, dans ce cas, associé à un moyen de transmission électrique avec ou sans contact. L'arbre à contrôler n'est pas nécessairement cylindrique et sa section pas

nécessairement circulaire.

Dans le but d'améliorer la maintenance d'équipements mécaniques en général, il est utile de surveiller et de contrôler les pièces qui sont soumises à des efforts, notamment en plaçant, sur ces pièces, des capteurs qui permettent d'obtenir des informations quant à leur comportement statique ou dynamique. Cela peut s'effectuer,

par exemple, au moyen d'une mesure de déformation.

Dans le cadre du freinage des véhicules terrestres et des avions par exemple, la connaissance des déformations des arbres de roues permet de donner des indications précises quant au couple de freinage exercé, indépendamment par exemple des glissements ou des déformations des roues. La connaissance de ce couple de freinage

permet notamment d'améliorer les performances de l'asservissement du freinage.

2 2791133

Pour de nombreuses applications, une pièce soumise à un couple est également déformée par des efforts de flexion. Très souvent, ces efforts de flexion viennent perturber la mesure du couple et il est nécessaire de les éliminer. D'une manière plus générale, on peut vouloir, lors d'une mesure, garder certaines composantes du torseur de forces tel que défini ci-dessus et éliminer les autres.

Les capteurs extensométriques connus sont de nature et de performance diverses.

Plusieurs technologies différentes permettent la mesure du couple. Par contre, peu d'entre elles permettent une mesure via un dispositif économique, simple, rapporté

facilement sur la pièce à contrôler, sans organe d'assemblage complémentaire.

En effet, on peut instrumenter la pièce à contrôler directement avec des jauges de contrainte dont le nombre, l'emplacement et les directions sont convenablement choisis, tel que décrit dans de nombreux manuels d'extensométrie. Ces installations sont très coûteuses, difficiles et impossibles à réaliser en dehors d'ateliers spécialisés et de personnel très qualifié. On tente de contourner cette difficulté en équipant de jauges extensométriques des corps d'épreuve qui sont ensuite intercalés entre deux éléments de la pièce à instrumenter. C'est le cas par exemple des couplemètres de banc d'essai intercalés entre l'arbre moteur et l'arbre récepteur d'une installation de

transmission de puissance.

C'est le cas aussi de nombreux dispositifs tels que ceux décrits dans les publications DE-A-3406059 et 3405168 ou EP-A-0410133. Ces dispositifs restent coûteux et spécifiques, nécessitent une adaptation de la pièce à contrôler et sont même parfois impossibles à installer car ils demandent des modifications trop importantes. Nombre d'entre eux demandent à être découplés des sollicitations parasites (couplemètres de banc). D'autres dispositifs utilisent la variation de capacité d'un entrefer déformable, ou une mesure optique. Ils utilisent, en général, la rotation de sections voisines et mesurent une variation de longueur représentative de cet angle. Dans le montage décrit dans la publication US-A-4 941 363, par exemple, les deux faces du

3 2791133

condensateur sont montées sur des colliers enserrant l'arbre, et la fiabilité du serrage est très difficile à assurer. De plus, le serrage est impossible si l'arbre n'est pas cylindrique. Il est très difficile d'éliminer les contraintes parasites. La plupart de ces

dispositifs sont, en plus, sensibles aux agressions extérieures.

La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients en offrant un procédé de mesure d'un couple ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé qui s'adapte à des pièces de formes diverses, permet un montage automatique en grande série, est peu encombrant, est de surcroît économique et permet d'utiliser des capteurs soit spécifiques, soit disponibles dans le commerce, ces capteurs étant capables de

mesurer une élongation sans effort exagéré sur leurs appuis ou points d'ancrage.

Ce but est atteint par le procédé tel que défini en préambule, caractérisé en ce que l'on fixe sur ladite pièce au moins deux capteurs de mesure de déformations, identiques, chacun étant rapporté entre deux points d'ancrage distincts au moyen d'organes de couplage agencés pour transmettre audit capteur les déformations de ladite pièce, ces capteurs étant agencés pour délivrer des signaux électriques en fonction des modifications de la distance entre leurs points d'ancrage respectifs générées par lesdites déformations, en ce que l'on procède à un conditionnement électrique des 2o signaux issus des capteurs, ce conditionnement étant associé spécifiquement à ces capteurs, et en ce que l'on combine ces signaux afin de déduire la valeur de ladite

composante dudit torseur de forces.

Ce procédé de mesure est valable aussi bien pour une mesure statique que pour une

mesure dynamique.

Selon une forme de réalisation préférée, l'on procède à un positionnement relatif prédéterminé desdits capteurs sur ladite pièce ou à une orientation prédéterminée de

l'un des capteurs par rapport à un autre.

4 2791133

Selon les variantes de disposition desdits capteurs, on peut les disposer de façon diamétralement opposée sur ladite pièce ou d'un côté de la ligne neutre de ladite pièce

symétriquement par rapport à un plan passant par l'axe de cette pièce.

De préférence, on dispose les capteurs sur une génératrice de la pièce qui forme un angle a avec son axe de symétrie, cet angle ca pouvant être compris entre 0 et 90 et

de préférence égal à 45 .

Selon une variante de réalisation, on dispose les capteurs perpendiculairement à l'axe de symétrie de ladite pièce, les points d'ancrage de chaque capteur étant décalés entre

eux d'une distance La.

Ce but est également atteint par le dispositif tel que défini en préambule et caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux capteurs de mesure de déformations, identiques, chacun étant rapporté entre deux points d'ancrage distincts et fixé à ladite pièce au moyen d'organes de couplage, ces organes de couplage étant agencés pour transmettre à ces capteurs les déformations de ladite pièce, lesdits capteurs étant agencés pour délivrer des signaux électriques en fonction des modifications de la distance entre leurs points d'ancrage respectifs générées par lesdites déformations, un circuit électronique comportant au moins un conditionneur électrique des signaux issus des capteurs, ce conditionneur étant spécifiquement associé à ces capteurs, et au moins un calculateur intégrant ces signaux en vue de déduire la valeur de ladite

composante dudit torseur de forces.

Ce dispositif s'applique avantageusement à des pièces importantes, peu maniables, faisant partie d'un système complexe que l'on ne peut modifier et / ou que l'on désire

instrumenter en grande série.

Selon une forme de réalisation de l'invention, chaque capteur comporte deux plots distants d'un intervalle sensiblement équivalent à celui défini entre les deux points

2791133

d'ancrage et une lame précontrainte portant au moins une jauge de contrainte, cette lame précontrainte étant fixée à ses extrémités dans lesdits plots par des organes de blocage. Les organes de blocage comportent, avantageusement, un sabot de blocage logé dans lesdits plots, pourvu d'une fente pour recevoir les extrémités correspondantes de

ladite lame précontrainte et fixé dans ledit plot par une xis de fixation.

Au moins un des plots peut comporter une vis de réglage coopérant avec le sabot de blocage correspondant pour ajuster sa position en direction de ladite lame

précontrainte, et par conséquent, l'effort de précontrainte exercé sur ladite lame.

De préférence, les organes de couplage comportent des plots d'ancrage, chaque plot d'ancrage comportant un méplat supérieur fixé solidairement à un plot d'un capteur et une face inférieure présentant une forme adaptée à celle de ladite pièce et fixée

solidairement à cette dernière.

Le plot peut être fixé au plot d'ancrage correspondant au moyen d'un organe de fixation amovible et le plot d'ancrage peut être fixé sur ladite pièce par un procédé de

fixation choisi parmi le collage, la soudure, le vissage, le surmoulage.

De préférence, les plots d'ancrage sont réalisés dans une matière rigide, indéformable,

telle qu'un métal ou un alliage de métaux.

En fonction des dispositions desdits capteurs sur la pièce, le calculateur est choisi

parmi un sommateur et un soustracteur, numérique ou analogique.

Le procédé selon l'invention a pour avantages principaux de fournir des informations fiables et précises liées au couple de torsion d'une pièce, avec un nombre minimum de

capteurs, soit deux, et avec une électronique de conditionnement sommaire disposée à

6 2791133

proximité de ces capteurs ainsi qu'avec un traitement analytique ou numérique simple, de s'adapter à des pièces de formes diverses, de permettre un montage automatique en

grande série, d'être peu encombrant et très économique.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la

description qui suit d'une forme de réalisation préférée et de ses variantes et des

dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels: les figures 1 et 2A à 2C représentent des schémas de principe du procédé et du dispositif selon l'invention, 10. la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un capteur du dispositif de l'invention, À la figure 4 est une vue en perspective du capteur de la figure 3, À la figure 5 représente un exemple de montage du capteur de la figure 3, les figures 6 à 8 représentent différentes implantations possibles des capteurs du dispositif de l'invention, À les figures 9A et 9B représentent les déformations subies respectivement en cas de moment fléchissant et d'effort tranchant, les figures IOA à lOD représentent les diagrammes polaires du signal obtenu par les capteurs du dispositif de l'invention selon différentes implantations, 20. les figures 11 A et 1 lB représentent deux exemples de circuit électronique associé auxdits capteurs du dispositif de l'invention permettant deux combinaisons de

signaux différentes.

La figure 1 représente schématiquement un dispositif de mesure du couple 10 complet selon l'invention. Une pièce mécanique 1 est soumise à des efforts de flexion Fx et Fz associés à leurs moments Mx et MZ et à un moment de torsion My associé à l'effort Fy. Par conséquent, le torseur de forces d'un tel système est défini comme suit dans un repère trigonométrique: Fx Fy Fz Mx My Mz

7 2791133

Cette pièce 1 est instrumentée de deux capteurs 2, identiques, rapportés sur la structure mécanique à étudier de ladite pièce par des organes de couplage 3 et agencés pour fournir des signaux électriques en fonction des éventuelles déformations de ladite structure. Ces capteurs 2 sont reliés par des liaisons électriques 4, support de transfert desdits signaux, vers un conditionneur de signal 5. Les signaux sont alors transmis, via un transmetteur 6, à un calculateur 7 qui, après combinaison numérique de ces signaux, délivrera une indication des efforts de couple appliqués sur ladite pièce mécanique 1. Cette combinaison de signaux peut être effectuée dans le conditionneur 5 même, de manière analogique, ou dans le calculateur 7 de façon

numérique.

La pièce mécanique 1 peut être un arbre de section circulaire ou non, un arbre de liaison entre deux machines tournantes, un arbre de roues d'un véhicule (essieu de camion, de véhicule ferroviaire, etc.) ou encore la fusée d'un train d'atterrissage d'un avion. Si cet arbre n'est soumis qu'à un effort de couple pur C, un seul capteur 2 rapporté est nécessaire. Aucun découplage n'est en effet nécessaire dans ce cas. En effet les composantes Fx, Fz, Fy, Mx et Mz sont nulles. Le capteur 2 mesure alors

uniquement la composante My.

Si des efforts de flexion sont superposés à cet effort de torsion C et si l'effort Fy est négligeable vis à vis des autres composantes du torseur de forces, deux capteurs 2 diamétralement opposés par rapport à l'axe de la pièce I sont à implanter (voir figures 2A à 2C). Dans ce cas, l'un des capteurs 2 mesure à la fois Fx, -Fz, -Mx, Mz et My, alors que le deuxième mesure -Fx, Fz, Mx, -Mz et My. C'est la combinaison des signaux délivrés par les deux capteurs 2 qui permet d'obtenir la mesure de la composante voulue. L'addition des signaux obtenus permet une mesure de My. La

soustraction des signaux permet d'obtenir une évaluation de Fx, Fz, Mx et Mz.

Si l'on veut découpler ces quatre efforts Fx, Fz, Mx et Mz, des capteurs 2 supplémentaires sont à implanter sur la pièce mécanique 1 à étudier. Des organes de

8 2791133

couplage 3 permettent l'adaptation des capteurs 2 sur la pièce mécanique 1. Els sont rigides et peuvent être des vis, des plots, des languettes, des brides de serrage ou des goupilles par exemple, mais aussi de la colle ou des soudures. Ces organes de couplage 3 permettent la transmission intégrale des déformations de la pièce mécanique 1 vers le capteur 2. Le matériau utilisé est tel que les déformations propres de ces organes de couplage 3 sont négligeables vis à vis de celles de la pièce 1. Ce matériau est par exemple un métal, un alliage de métaux ou tout autre matériau rigide

et indéformable.

Les signaux électriques délivrés par ces capteurs 2 sont reliés à un conditionneur de signal 5. Ce conditionneur 5 peut être totalement ou partiellement interne, voire externe aux deux capteurs 2. Ceci peut rendre inutile tout traitement externe complémentaire. La liaison électrique 4 est dans ce cas interne au capteur 2. Seule la liaison par transmetteur 6 existe. Cette dernière peut être de différentes natures. Dans le cas d'un arbre statique, elle peut être sous forme flaire. Dans le cas d'un arbre en rotation, la liaison 6 peut être effectuée par voie hertzienne, optique ou par collecteur tournant. Le calculateur 7 fait l'acquisition des signaux issus des capteurs 2. Si la pièce I n'est soumise qu'à un couple de torsion C, le calculateur 7 n'est pas nécessaire, excepté dans le cas o rutilisateur veut faire une remise à l'échelle ou un changement de variables. Sinon, le calculateur 7 permet une mesure découplée des différents efforts

de torsion et de flexion, cela par la combinaison des signaux issus des capteurs 2.

Dans le cas d'une pièce parfaitement axisymétrique, une simple addition des signaux permet de déduire une information de couple pur alors que leur soustraction permet l'obtention des efforts de flexion comme expliqué précédemment. Dans ce cas, la sommation des deux signaux peut être implantée directement dans le conditionneur de

signal 5.

* 9 2791133

Si la pièce 1 n'est pas parfaitement symétrique ou si les efforts ne sont pas répartis uniformément, on peut pondérer chacun des signaux puis les additionner afin d'annuler l'influence de certains efforts qui ne présentent pas d'intérêt. Généralement, les signaux seront transmis au calculateur 7 qui effectuera la combinaison des signaux sous forme numérique. Les figures 2A à 2C décrivent rimplantation particulière des capteurs dans le cadre d'une pièce 1 dont le comportement ainsi que la géométrie sont symétriques. Dans le cadre de cette invention, deux capteurs 2 doivent être diamétralement opposés, cela dans le but de découpler les efforts de flexion et d'obtenir une mesure de My (torsion), la composante Fy étant négligeable vis à vis des autres composantes du torseur de forces. La valeur de l'angle 6 peut être variable selon les applications, l'encombrement et rimportance des efforts de flexion dont il faut s'affranchir. La distance D permet de mesurer un couple et d'ajuster la plage de mesure du capteur 2 aux efforts de torsion appliqués à la pièce 1. En effet, de cette manière, le capteur 2 mesure le comportement relatif de deux génératrices de la structure de la pièce 1 en torsion. Si cette structure ou les efforts appliqués ne sont pas symétriques, une modélisation par la méthode des éléments finis est précieuse pour déterminer les zones o les capteurs 2 doivent être implantés, cela dans le but de découpler le couple de torsion C des efforts de flexion. Si seul un léger défaut de symétrie existe, on peut garder la configuration illustrée dans la figure 2A. Il faudra cependant prendre soin d'optimiser rangle 6 et la distance D afin d'obtenir les meilleures précisions possibles au niveau de la mesure. L'utilisation d'un nombre supérieur de capteurs 2 peut être nécessaire dans

une telle configuration. Leurs signaux seront là aussi combinés.

En référence plus particulièrement aux figures 3 et 4, une forme spécifique de capteur de mesure 2 est à présent décrite. Il convient de préciser que tout autre type de capteur de mesure peut convenir, notamment des capteurs déjà existants dans le commerce. Le capteur 2, tel qu'illustré, comporte deux plots 21 entre lesquels est montée une lame 22 précontrainte portant un élément sensible 22' formé par exemple

2791133

d'une jauge résistive, capacitive, piézo électrique ou autre, déposé selon un procédé de fabrication sous vide à la manière des circuits intégrés. Cet élément sensible 22' est couplé à un boîtier électronique 29 monté sur un des plots 21 par des fils électriques 4, ce boîtier comportant par exemple le conditionneur 5, le transmetteur 6, le calculateur 7 et une sortie filaire 29' vers un afficheur déporté et non représenté. La lame précontrainte 22 est fixée solidairement à l'intérieur des plots 21. Elle comporte dans ses zones d'extrémités un trou permettant le passage d'une vis de fixation 25 passant à travers un trou lisse correspondant prévu dans les plots et vissée dans un sabot de blocage 24, 24' logé dans ces plots. Les sabots de blocage 24, 24' comportent une fente recevant les extrémités correspondantes de la lame précontrainte 22. Un des sabots de blocage 24' est associé à une vis de réglage 26 disposée parallèlement à la lame précontrainte 22 traversant un trou lisse prévu dans le plot 21 correspondant et vissée dans ledit sabot afin d'ajuster précisément sa position en direction de la lame et, de ce fait, d'ajuster l'effort de précontrainte exercé sur cette lame 22. L'extrémité de la lame précontrainte 22 correspondante est immobilisée dans ce sabot 24' par une vis intermédiaire 23 qui reçoit la vis de fixation 25. Le plot 21 correspondant comporte un trou oblong pour le passage de la vis de

fixation 25 autorisant ledit réglage.

La réalisation et le montage du capteur 2 sont réalisés en laboratoire par du personnel qualifié et avec toutes les précautions et précisions nécessaires dans le but d'obtenir des capteurs 2 très précis et fiables dans le temps. Ce type de montage ne pourrait en aucun cas être réalisé en atelier directement sur la pièce 1 à contrôler. Après assemblage, la partie centrale du capteur 2 contenant ladite lame 22 et son élément sensible 22' ou l'ensemble du capteur 2 est soit moulé dans une matière synthétique ayant pour fonction de protéger le capteur par rapport aux agressions extérieures, soit

recouvert par un boîtier adéquat.

l l2791133 Le capteur 2 ainsi obtenu peut être ensuite monté très facilement sur la pièce I à instrumenter soit directement, soit par l'intermédiaire d'organes de couplage 3 constitués par des plots d'ancrage, pourvus d'un méplat supérieur 31, d'un talon 32 et d'une face inférieure 33 de forme adaptée à celle de la pièce 1. Dans ce cas, les plots 21 du capteur 2 sont positionnés sur le méplat supérieur 31 des plots d'ancrage 3 et fixés par des vis de fixation 27 traversant un alésage lisse 28 prévu dans lesdits plots 21. Les méplats 31 prévus sur les plots d'ancrage 3 définissent entre eux une surface parfaitement plane permettant le montage dudit capteur 2. Ces plots d'ancrage 3 sont ensuite fixés sur la pièce 1 à instrumenter, par collage dans la plupart des cas, soudure, vis ou tout autre moyen approprié. La forme de la face inférieure 33 desdits plots d'ancrage 3 est adaptée à la forme de la pièce 1 soit par usinage, déformation plastique ou moulage direct sur cette pièce 1 dans les cas les plus compliqués. Dans le cas de la figure 6, par exemple, ces plots d'ancrage 3 peuvent être simplement découpés dans un tube à l'aide d'un poinçon carré convenablement orienté. La fixation du capteur 2 sur les plots d'ancrage 3 par les vis 27 rend celui-ci très aisément démontable. Les plots d'ancrage 3, localisés aux points de fixation du capteur 2 sur la pièce 1 à contrôler, sont très peu sensibles aux déformations. De ce fait, la fixation par

collage est très fiable.

Pour monter les plots d'ancrage 3 et positionner précisément les capteurs de mesure 2 sur la pièce 1 à instrumenter, on utilise un gabarit 8 tel qu'illustré par la figure 5, la pièce 1 étant tronquée volontairement. Ce gabarit 8 est constitué par exemple d'un collier de serrage ayant une forme adaptée à celle de la pièce 1. Il est serré sur cette pièce 1 par des vis 82 ou tout autre moyen approprié prévus dans ses pattes 83 et emprisonne et maintient les plots d'ancrage 3 en prenant appui sur les talons 32 correspondant pendant la phase de collage. Ce gabarit 8 comporte également des alvéoles 81 pour le centrage des capteurs 2 dans une position déterminée par une des dispositions retenues et / ou par calcul. Ce gabarit 8 est ensuite retiré lorsque la phase

de collage est achevée.

12 2791133

Selon la forme de la pièce I à instrumenter, les efforts auxquels elle est soumise et les informations que l'on veut obtenir, les deux capteurs de mesure 2 peuvent être

disposés différemment en référence aux figures 6 à 8.

Dans la figure 6, les capteurs 2 sont diamétralement opposés et orientés selon une

génératrice de la pièce 1 formant un angle a avec l'axe de symétrie de cette pièce.

Dans cette disposition, l'angle a est égal à 45 conformément aux explications données ci-après. Mais, il peut aussi être compris en 0 et 90 en excluant toutefois ces deux valeurs extrêmes. En effet, pour a=0 ou a=90 , la sensibilité du capteur en torsion est nulle, car on ne peut pas mesurer de cisaillement à l'aide de cette disposition. Dans la figure 7, les deux capteurs ne sont pas diamétralement opposés mais sont placés d'un côté de la fibre neutre de la pièce I et symétriquement par rapport à un plan passant par l'axe de cette pièce 1, chacun étant disposé sur une génératrice de la pièce 1 formant un angle ac avec l'axe de symétrie de cette pièce, les deux génératrices

se croisant. L'angle a peut être aussi égal à 45 ou différent selon les besoins.

Dans la figure 8, les capteurs 2 sont disposés perpendiculairement par rapport à l'axe de symétrie de la pièce 1 et les plots d'ancrage 3 sont décalés entre eux d'une distance La. On rappelle que dans le cas d'une pièce mécanique 1 soumise à des efforts de flexion Fx et Fz associés à leurs moments Mx et MZ et à un moment de torsion My associé à un effort Fy, le torseur de forces d'un tel système dans un repère trigonométrique est: Fx Fy Fz Mx My Mz La figure 6 représente une disposition du capteur de mesure 2 permettant la meilleure mesure du moment de torsion My. Ce moment My se traduit en effet par une matrice

13 2791133

des contraintes en un point de la surface, dans le repère xy, de la forme 0 o T représente un cisaillement. Après diagonalisation, cette matrice se présente sous la d O forme ou ci, et cn représentent les contraintes normales principales dans le repère I, II, tourné de 45 par rapport au repère initial xy, avec Gr = -c1. et I IIJ. = T. La matrice des déformations sera, de manière similaire suivant I et dI =-[ 1I, El et En représentant les déformations principales. Par conséquent, deux éléments voisins orientés suivant ces directions ne subiront aucun glissement relatif. En effet, sur toute la longueur de la pièce 1, une hélice inclinée à 45 par rapport à l'axe de ladite pièce ou l'axe du moment My représente une isobare, parfois aussi appelée "ligne de force ". Un capteur de mesure 2 ancré entre deux points A et B dans une direction à 45 par rapport à l'axe du moment My verra donc: * ses extrémités se déplacer exactement suivant son axe longitudinal, à l'exclusion de toute rotation relative sur la surface de la pièce 1. Ce capteur 2 subira donc

moins d'effets parasites.

* une élongation maximale AL de ses points d'ancrage A et B pour un moment My donné et une distance AB donnée. Sa sensibilité vis à vis du moment de torsion

My sera donc maximale.

Dans le cas d'une disposition des capteurs de mesure 2 o l'angle d'inclinaison a est différent de 45 , la valeur lue par le capteur sera une partie de celle du cas précédent, correspondant à la projection de l'élongation AL précédente sur l'axe du capteur. Le capteur sera moins sensible à la torsion et davantage aux déformations parasites, ainsi qu'à d'autres composantes du torseur de forces. On peut utiliser cette disposition lorsque la disposition de la figure 6 est impossible pour des raisons d'encombrement, et / ou si l'on dispose d'un capteur peu sensible aux déformations parasites, ou si l'on désire renforcer la sensibilité à l'une des autres composantes du torseur des forces,

14 2791133

par exemple pour extraire le poids sur un arbre de roues par une combinaison des signaux des capteurs par exemple suivant le schéma électrique illustré par la figure 11B. La figure 8 représente une disposition différente du capteur 2, o celui-ci est placé à par rapport à l'axe du moment de torsion My, les plots d'ancrage 3 étant décalés d'une longueur La perpendiculairement à l'axe du capteur. Le capteur 2 mesure une élongation proportionnelle au décalage La et à la rotation relative des sections voisines de la pièce I due au moment de torsion My. On mesure ainsi une valeur représentative d'un cisaillement. Cette disposition peut être utilisée lorsque les contraintes géométriques ne permettent pas d'utiliser le montage de la figure 6, ou lorsqu'on veut augmenter ou diminuer l'élongation AL à mesurer pour l'adapter à l'étendue de mesure du capteur. Dans la figure 6, qui représente le schéma de base de l'installation du dispositif avec ses deux capteurs de mesure 2 diamétralement opposés et ses plots d'ancrage 3, on a schématisé les "lignes de force" de torsion (a) suivant lesquelles sont collés lesdits capteurs. Les deux capteurs enregistrent donc des déformations

égales et de même signe.

La figure 9A représente les déplacements enregistrés par ces mêmes capteurs 2 sous l'effet d'un moment fléchissant pur. Le capteur 2 subit unraccourcissement D-d ou un allongement D+d suivant qu'il se trouve au dessus ou au dessous de la fibre neutre N, en même temps qu'une rotation J de ses plots d'ancrage 3. La figure 9B représente les déformations des sections d'une pièce 1 soumise à un effort tranchant. Si l'on considère une section transversale, on constate que cette section ne reste pas plane après déformation, contrairement au cas du moment fléchissant pur, sous l'effet du cisaillement dans la direction x. De même, on constate un glissement relatif de deux sections voisines. Ce cisaillement n'est pas également réparti dans une section, mais maximal au niveau de la fibre neutre N. Les cas réels de flexion sont le plus souvent

une combinaison des cas 9A et 9B.

2791133

Les figures 10A à 10ID représentent les diagrammes polaires du signal d'un capteur 2 monté sur une pièce 1 soumise à des efforts de flexion en fonction de sa position angulaire sur ladite pièce 1. Le signal maximal est enregistré à 90 de la fibre neutre N de la pièce 1 et le signal minimal sur la fibre neutre N. La figure 10A correspond au cas o les deux capteurs 2 sont diamétralement opposés, disposés sur la fibre neutre N et orientés à 45 comme sur la figure 6. On devrait enregistrer des signaux nuls ou très faibles. Or ces capteurs ne sont pas symétriques par rapport aux efforts de flexion et, à cause des phénomènes décrits en référence aux figures 5A et 5B, et parce que les capteurs ont une longueur non négligeable, il existe une incertitude très grande sur la valeur et le signe de la déformation AL enregistrée,

rendant l'élimination du signal de flexion très aléatoire.

La figure 10B correspond au cas o les deux capteurs 2 sont décalés d'un angle 8 par rapport à la fibre neutre N de flexion (ô > 30 ) et sont diamétralement opposés, l'angle 13 étant égal à 180 . Ce décalage angulaire permet aux capteurs 2 de fournir avec certitude des signaux de signes opposés pouvant être combinés suivant le schéma électrique illustré par la figure 11A dans le but d'éliminer les efforts de flexion, avec une éventuelle pondération de chaque capteur si la dissymétrie du diagramme polaire

la rend nécessaire.

Les mesures effectuées montrent souvent une dissymétrie importante du diagramme de flexion entre les zones en traction (représentées par le signe +) et les zones en compression (représentées par le signe -). 11 peut arriver également, dans le cas du freinage en particulier, que l'une des composantes Fx ou Fz soit variable, modifiant ainsi l'orientation de la résultante provoquant la flexion et donc celle du diagramme polaire. Dans ce cas, on peut décaler, comme illustré par la figure 10C, l'un des deux capteurs 2 de telle manière que l'angle 3 soit différent de 180 . Les angles ô et 3 seront

16 2791133

déterminés par calcul et / ou essais pour avoir la meilleure combinaison possible des

signaux de signe opposé dans tous les cas de fonctionnement.

La figure O10D correspond à une variante de la disposition des capteurs 2 telle qu'illustrée par la figure 7. Contrairement à la figure 6, les capteurs 2 sont disposés suivant des lignes de force de torsion de signe oppose. En projection, ils apparaîtront non plus croisés à 90 mais parallèles. Les angles 8 et f3 sont définis tels que les capteurs 2 soient du même coté de la fibre neutre de flexion, l'angle 3 étant voisin de . La combinaison des signaux sera dans ce cas telle que suivant le schéma électrique illustré par la figure 1 lB. Dans ce cas, on soustrait deux signaux de torsion

de signe opposé et deux signaux de flexion de même signes.

My-(-My)+F-F= 2My L'avantage de cette disposition est de pouvoir supprimer également une traction Fy et

surtout une dilatation thermique A dont l'effet est identique sur les deux capteurs.

My-(-My)+Fx-Fx+Fz-Fz+Fy -Fy-A-A= 2My

On évite ainsi l'utilisation obligatoire de capteurs auto compensés.

La figure 11A illustre un exemple de circuit électronique 9 pour permettre le conditionnement et la combinaison des signaux dans le cas des dispositions des capteurs de mesure 2 illustrées dans les figures 1, 6 et 8. Ce circuit électronique 9 comporte les deux capteurs 2 alimentés électriquement par une alimentation A et délivrant chacun un signal SI1, SI2, un conditionneur de signaux 5 associé à chaque capteur 2 et délivrant chacun un signal de sortie Si, S2 et un calculateur 7 qui est, dans ce cas, un sommateur analogique, mais qui peut être remplacé par un calculateur

numérique.

Le conditionneur de signaux 5, ou conditionneur du pont de jauges, comporte un régulateur de tension d'alimentation du pont 51, un amplificateur d'instrumentation 52 et un dispositif de corrections d'étalonnage et de température 53. Ces compensations peuvent être réalisées de manière mécanique ou analogique ou numérique. l existe

17 2791133

des circuits réalisant l'ensemble des fonctions 51 à 53 de manière soit analogique, soit numérique. Le sommateur 7 comporte quatre résistances Ri, R2, R3, R4 et un amplificateur différentiel 71 qui délivre un signal de sortie S en fonction des signaux Si et S2 selon la formule suivante: S = -(R3S2 +R) avec SI1= kl*My+k2*Fz et S2= k3*My*k4*Fz

R2 RI

Si le diagramme polaire de flexion est symétrique, il suffit d'avoir Rl=R2=R3 pour éliminer complètement la flexion et garder un signal proportionnel au moment de torsion. Dans le cas contraire, on joue sur les valeurs des résistances pour pondérer et

éliminer complètement le signal de flexion.

La figure 11 A représente le montage le plus universel avec un conditionnement séparé pour chaque capteur de mesure 2. Il est naturellement possible de simplifier ou de

regrouper le conditionnement des deux capteurs.

La figure lB représente un exemple de circuit électronique 9' pour permettre le conditionnement et la combinaison des signaux dans le cas de la disposition illustrée dans la figure 7. f peut être également utilisé dans un montage du type représenté sur la figure O10B, lorsqu'on veut, en dehors des périodes de freinage sur un véhicule, mesurer la composante du poids exercée sur l'arbre de roues instrumenté. I1 se compose, outre les deux capteurs de mesure 2 et les conditionneurs de signaux 5, d'un calculateur 7' correspondant à un soustracteur qui peut être analogique comme représenté ou numérique. Le signal de sortie S correspond à la formule suivante: S=- R3S2 R2R3+ R4)SI soit S =A*Sl-B*S2 avec Sl=aMy+bFx+cFz+Fy+A et

R4 R4(R1 + R2)

S2=-aMy+bFx+cFz+Fy+A On obtient bien, dans le cas de la figure 7: My-(My)+Fx-Fx+Fz-Fz+Fy -Fy-A-A= 2My si RI1=R2=R3=R4

18 2791133

Et dans le cas de la figure lOB My-My+Fz+Fz= 2Fz Lorsque la pièce 1 est une pièce dont le comportement ainsi que la géométrie sont symétriques, l'application d'un effort de flexion génère une modification de la distance

entre les points d'ancrage A et B des capteurs de mesure 2 placés sur cette pièce 1.

Cette distance augmente pour l'un des capteurs et diminue pour le deuxième. Si la pièce 1 est parfaitement symétrique, la valeur absolue de ce déplacement est la même pour chacun des deux capteurs. Lorsque l'on additionne les signaux issus des deux

capteurs, on obtient donc un signal ne variant pas en fonction de la force appliquée.

S'il existe une légère dissymétrie de la pièce 1, on peut pondérer chacun de ces

signaux afin d'obtenir un signal constant en fonction de la charge en flexion appliquée.

Lorsque la pièce 1 est une pièce dont le comportement ainsi que la géométrie sont symétriques, l'application d'un couple génère également une variation de la distance

entre les points d'ancrage A et B des capteurs de mesure 2 placés sur cette pièce 1.

Cette variation est de même sens pour les deux capteurs. Si l'on ajoute les deux signaux, pondérés ou non, on obtient un signal représentatif du couple My appliqué à

la pièce 1.

La présente invention s'applique principalement aux dispositifs de freinage de tout type de véhicules: véhicules automobiles, camions, ferroviaires, axions ainsi que des machines tournantes pour assurer le suivi, le contrôle et la régulation des freins, mais

aussi le contrôle des pièces elles-mêmes.

Elle n'est pas limitée aux exemples décrits mais s'étend à toute modification et variante évidente pour un homme de métier, tout en restant dans l'étendue de la protection

définie par les revendications annexées.

19 2791133

Claims (17)

Revendications

1.- Procédé de mesure d'au moins une composante d'un torseur de forces appliqué à une pièce et défini comme suit dans un repère trigonométrique: Fx Fy Fz Mx My Mz, caractérisé en ce que l'on fixe sur ladite pièce (1) au moins deux capteurs (2) de mesure de déformations, identiques, chacun étant rapporté entre deux points d'ancrage distincts (A, B) au moyen d'organes de couplage agencés pour transmettre à ces capteurs les déformations de ladite pièce, lesdits capteurs étant agencés pour délivrer des signaux électriques en fonction des modifications de la distance entre leurs points d'ancrage respectifs générées par lesdites déformations, en ce que l'on procède à un conditionnement électrique des signaux issus des capteurs, ce conditionnement étant associé spécifiquement à ces capteurs et en ce que l'on combine

ces signaux afin de déduire la valeur de ladite composante dudit torseur de forces.

2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on procède à un

positionnement relatif prédéterminé desdits capteurs (2) sur ladite pièce (1).

3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on procède à une

orientation prédéterminée de l'un des capteurs (2) par rapport à un autre.

4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dispose lesdits capteurs

(2) de façon diamétralement opposée sur ladite pièce (1).

5.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dispose lesdits capteurs (2) d'un côté de la ligne neutre (N) de la pièce (1) symétriquement par rapport à un

plan passant par l'axe de ladite pièce.

6.- Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'on dispose lesdits

2791133

capteurs (2) sur une génératrice de la pièce (1), cette génératrice formant un angle ac

avec l'axe de symétrie de cette pièce.

7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'angle a est compris entre 0 et 90 et de préférence égal à 45 .

8.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on dispose lesdits capteurs (2) perpendiculairement par rapport à l'axe de symétrie de la pièce (1), les points

d'ancrage (A, B) de chaque capteur étant décalés entre eux d'une distance La.

9.- Dispositif de mesure d'au moins une composante d'un torseur de forces appliqué à une pièce et défini comme suit dans un repère trigonométrique: Fx Fy Fz Mx My Mz pour la mise en oeuvre du procédé de mesure, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux capteurs (2) de mesure de déformations, identiques, chacun étant rapporté entre deux points d'ancrage distincts (A, B) et fixé à ladite pièce (1) au moyen d'organes de couplage agencés pour transmettre à ces capteurs les déformations de ladite pièce (1), lesdits capteurs étant agencés pour délivrer des signaux électriques en fonction des modifications de la distance entre leurs points d'ancrage respectifs générées par lesdites déformations, un circuit électronique comportant un conditionneur électrique des signaux issus des capteurs, ce conditionneur étant spécifiquement associé à ces capteurs, et un calculateur intégrant ces signaux en vue

de déduire la valeur de ladite composante dudit torseur de forces.

10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque capteur (2) comporte deux plots (21) distants d'un intervalle équivalent à celui défini entre les points d'ancrage (A, B) et une lame précontrainte (22) portant au moins une jauge de contrainte (22'), cette lame précontrainte étant montée à ses extrémités dans lesdits

plots (21) par des organes de blocage (24, 24').

21 2791133

11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les organes de blocage comportent un sabot de blocage (24, 24') logé dans lesdits plots (21), pourvu d'une fente pour recevoir les extrémités correspondantes de ladite lame précontrainte (22) et fixé dans ledit plot par une vis de fixation (25).

12.- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'au moins un des plots (21) comportent une vis de réglage (26) coopérant avec le sabot de blocage correspondant (24') pour ajuster sa position en direction de ladite lame précontrainte

(22).

13.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les organes de couplage comportent des plots d'ancrage (3), chaque plot d'ancrage (3) comportant un méplat supérieur (31) fixé solidairement à un plot (21) d'un capteur (2) et une face inférieure (33) présentant une forme adaptée à celle de ladite pièce (1) et fixée

solidairement à cette dernière.

14.- Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le plot (21) est fixé au

plot d'ancrage (3) correspondant au moyen d'un organe de fixation (27) amovible.

15.- Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le plot d'ancrage (3) est fixé sur ladite pièce (1) par un procédé de fixation choisi parmi le collage, la soudure,

le vissage, le surmoulage.

16.- Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les plots d'ancrage (3)

sont réalisés dans une matière rigide, indéformable.

17.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le calculateur est choisi parmi un sommateur et un soustracteur, numérique ou analogique, en fonction des

dispositions desdits capteurs (2) sur ladite pièce (1).