FR3128526A1 - Ensemble capteur de déformation - Google Patents

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Justin Brubaker
Robert Lukasiewicz
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JTEKT Bearings North America LLC
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Koyo Bearings North America LLC
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Abstract

L’invention concerne un ensemble pour la détection d’une quantité de déformation dans un objet, comportant une première coupelle (16) ayant une première extrémité, une deuxième extrémité, une paroi latérale cylindrique s’étendant entre elles, et une paroi d’extrémité (18) disposée à la première extrémité de la première coupelle, et une tranche de déformation (22) disposée sur l’une parmi une surface externe et une surface interne (19) de la paroi d’extrémité. Figure pour l’abrégé :Fig 2A

Description

ENSEMBLE CAPTEUR DE DÉFORMATION
REVENDICATION DE PRIORITÉ
La présente demande revendique la priorité de la demande de brevet provisoire des États-Unis n° 63/271,820 déposée le 26 octobre 2021.
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention se rapporte généralement aux capteurs, et plus particulièrement, aux ensembles pour la mesure de la quantité de déformation dans un objet.
CONTEXTE DE L’INVENTION
Lorsque des niveaux plus élevés d’automatisation sont mis en place, il devient nécessaire que des signaux et des entrées, normalement traités par l’élément humain, soient en remplacement traités par des ordinateurs. Ceci nécessite des capteurs pour surveiller des composants qui ne sont présentement pas surveillés par des instruments à l’heure actuelle, tels que des freins, des biellettes de direction, des bras de suspension et analogues. Afin de mesurer la charge générée dans ces structures en utilisation et d’envoyer ce signal à l’ordinateur, des tranches (de capteur) de déformation pourraient être utilisées. Certains problèmes survenant avec ces éléments sont leur fragilité, leur difficulté de montage, leur étalonnage, leur protection, etc.
La présente invention reconnaît et aborde des considérations de constructions et de procédés de l’art antérieur.
Un mode de réalisation de la présente divulgation concerne un ensemble capteur de déformation pour la détection d’une quantité de déformation dans un objet, comportant une première coupelle ayant une première extrémité, une deuxième extrémité, une paroi latérale cylindrique s’étendant entre elles, et une paroi d’extrémité disposée à la première extrémité de la première coupelle, et une tranche de déformation disposée sur l’une parmi une surface externe et une surface interne de la paroi d’extrémité.
Un autre mode de réalisation de la présente divulgation concerne un ensemble capteur de déformation pour la détection d’une quantité de déformation dans un objet, ayant une première coupelle ayant une première extrémité, une deuxième extrémité, une paroi latérale cylindrique s’étendant entre elles, et une paroi d’extrémité comportant une surface interne et une surface externe disposée à la première extrémité de la première coupelle, la paroi d’extrémité étant l’une d’une forme d’arche ou de dôme et ayant une surface convexe et une surface concave, et une tranche de déformation disposée sur l’une parmi une surface externe et une surface interne de la paroi d’extrémité.
Les dessins annexés, qui sont incorporés dans et constituent une partie de cette description, illustrent un ou plusieurs modes de réalisation de l’invention et, conjointement avec la description, servent à expliquer les principes de l’invention.
Une divulgation complète et habilitante de la présente invention, comportant le meilleur mode de celle-ci, s’adressant à l’homme du métier, est énoncée dans la description, qui fait référence aux dessins annexés, dans lesquels ;
et sont des vues en perspective et en section transversale d’un mode de réalisation d’un ensemble capteur de déformation selon la présente divulgation ;
, et sont une vue en perspective, une vue de dessus et une vue en section transversale de l’ensemble capteur de déformation représenté sur la ;
et sont des vues en section transversale d’un mode de réalisation alternatif d’un ensemble capteur de déformation selon la présente divulgation ;
et sont des vues en perspective de l’ensemble capteur de déformation représenté sur la et d’un mode de réalisation alternatif, respectivement ; et
est une vue en perspective d’un ensemble capteur de déformation selon un mode de réalisation de la présente divulgation inséré dans une ouverture correspondante d’un objet dans lequel la déformation doit être mesurée ; et
et sont des représentations graphiques de la quantité de déformation telle que mesurée dans la direction le long de l’axe longitudinal de l’ensemble capteur de déformation et l’axe perpendiculaire à l’axe cylindrique de l’ensemble capteur de déformation.
L’utilisation répétée de caractères de référence dans la présente description et les dessins est destinée à représenter des particularités ou éléments identiques ou analogues de l’invention selon la divulgation.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
Référence sera maintenant faite en détail aux modes de réalisation présentement préférés de l’invention, dont un ou plusieurs exemples sont illustrés dans les dessins annexés. Chaque exemple est fourni à titre d’explication, non de limitation, de l’invention. De fait, il apparaîtra à l’homme du métier que des modifications et des variations peuvent être apportées à la présente invention sans s’écarter de la portée et de l’esprit de celle-ci. Par exemple, des particularités illustrées ou décrites dans le cadre d’un mode de réalisation peuvent être utilisées sur un autre mode de réalisation pour aboutir à encore un autre mode de réalisation. Ainsi, il est entendu que la présente invention couvre de telles modifications et variations relevant de la portée des revendications annexées et leurs équivalents.
Tels qu’utilisés ici, les termes faisant référence à une direction ou une position relative à l’orientation de l’ensemble poussoir, tels que, mais sans s’y limiter, « vertical », « horizontal », « supérieur », « inférieur », « au-dessus » ou « au-dessous » font référence à des directions et des positions relatives par rapport à l’orientation de l’ensemble dans son fonctionnement normal prévu, comme indiqué sur les Figures dans la présente. Ainsi, par exemple, les termes « vertical » et « supérieur » font référence à la direction verticale et à la position supérieure relative dans les perspectives des Figures et doivent être compris dans ce contexte, même par rapport à un ensemble poussoir qui peut être disposé dans une orientation différente.
En outre, le terme « ou » tel qu’utilisé dans cette divulgation et les revendications annexées est destiné à signifier un « ou » inclusif plutôt qu’un « ou » exclusif. Autrement dit, sauf indication contraire, ou clairement d’après le contexte, l’expression « X emploie A ou B » est destinée à signifier l’une quelconque des permutations inclusives naturelles. Autrement dit, l’expression « X emploie A ou B » est satisfaite par l’un quelconque des exemples suivants : X emploie A ; X emploie B ; ou X emploie à la fois A et B. De plus, les articles « un » et « une » tels qu’utilisés dans cette demande et les revendications annexées doivent généralement être interprétés comme signifiant « un ou plusieurs » sauf indication contraire ou clairement d’après le contexte comme ayant trait à une forme singulière. Dans toute la description et toutes les revendications, les termes suivants adoptent au moins les significations explicitement associées dans la présente, sauf si le contexte dicte le contraire. Les significations identifiées ci-dessous ne limitent pas nécessairement les termes, mais fournissent simplement des exemples illustratifs pour les termes. La signification de « un », « une » et « la/le » peut comporter des références plurielles, et la signification de « dans » peut comporter « dans » et « sur ». L’expression « dans un mode de réalisation », telle qu’utilisée dans la présente ne fait pas nécessairement référence au même mode de réalisation, bien qu’elle le puisse.
En se référant maintenant aux Figures, spécifiquement aux Figures 3A, 3B et 5, cette divulgation se rapporte à un ensemble capteur de déformation 10 utilisant la technologie de coupelle emboutie pour construire un ensemble capteur (de charge) de déformation 10 qui peut être inséré de manière coulissante dans une ouverture 12 définie dans un objet correspondant 14 devant être surveillé. De préférence, la mesure de déformation est prise sur la paroi d’extrémité 18 d’une coupelle 16, de préférence d’une coupelle emboutie. Comme le montre la , la coupelle 16 utilisée pour la mesure dans ce cas est une coupelle interne 16, qui est pressée au sein d’une autre coupelle 30, ou coupelle externe, avec le volume défini entre les parois d’extrémité des coupelles rempli de silicone 23 ou analogues pour créer un boîtier robuste une fois instrumenté et câblé.
En se référant maintenant aux Figures 1A et 4A, un ensemble capteur de déformation 10 selon un mode de réalisation préféré de la présente invention comporte une coupelle emboutie 16 comportant une paroi latérale cylindrique 17 et une paroi d’extrémité 18. La paroi d’extrémité 18 possède une surface interne 19 et une surface externe 21 qui sont configurées pour recevoir une tranche de déformation 22 sur celles-ci. Comme représenté, la paroi d’extrémité 18 comporte de préférence une paire de fentes allongées 30, chacune ayant une paroi latérale 32 qui est parallèle à la paroi latérale 32 correspondante de l’autre fente 30. À ce titre, la paroi d’extrémité 18 comporte une paire de parois latérales 32 parallèles définies par les fentes 30 pour maximiser la sensibilité de l’ensemble capteur de déformation à des taux de déformation le long de l’axe central longitudinal 34 de la paroi d’extrémité 18, comme le montre la . Comme en atteste la , chaque fente d’extrémité 30 est formée par un bord latéral sensiblement rectiligne 32 et un bord incurvé 33 qui suit le contour de la paroi latérale cylindrique, formant une géométrie en demi-lune.
Des géométries alternatives de fentes 30a, telles que celles représentées dans le mode de réalisation de la , peuvent être utilisées. Par exemple, les fentes 30a représentées sur la comportent chaque fente 30a ayant une paire de parois latérales 32a parallèles, les fentes 30a étant parallèles les unes aux autres. Il convient de noter que, dans le mode de réalisation représenté sur les Figures 4A et 4B, la tranche de déformation 22 est collée à la surface externe 21 de la paroi d’extrémité 18. Il convient également de noter que, en se référant par ailleurs à la , la partie de paroi d’extrémité 18 peut être en forme d’arche ou de dôme, pour augmenter la sensibilité à des mesures de contrainte le long de l’axe central longitudinal 34 de la paroi d’extrémité 18. Comme le montre la , la tranche de déformation 22 peut être collée à la surface interne 19 de la paroi d’extrémité 18, plutôt qu’à la surface externe 21, comme le montrent les Figures 4A et 4B. De surcroît, comme le montrent les Figures 1B et 2A à 2C, la paroi d’extrémité 18 peut être en forme d’arche vers l’intérieur dans la coupelle interne 16 de sorte que la surface externe 21 de la paroi d’extrémité 18 de la coupelle 16 soit concave, plutôt que convexe comme le montre la .
La face de coupelle 18 peut être estampée ou formée avec une variété de géométries pour mettre l’accent sur certains taux et certaines directions de déformation, de préférence le long de l’axe longitudinal 34 de la paroi d’extrémité 18. Comme le montrent les Figures 3A et 3B, des capteurs 40 pourraient être agencés autour de la paroi cylindrique 17 de la coupelle 16 pour détecter un couple au sein de l’objet 14 correspondant. D’autres capteurs 50 pourraient être placés au sein du volume 51 défini entre la coupelle interne 16 et la coupelle externe 30 pour fournir des informations supplémentaires au système, telles que, mais sans s’y limiter, une température, une accélération, des vibrations, etc. Par ailleurs, le vide peut être rempli d’un silicone, ou d’un matériau analogue, pour aider à sécuriser un câblage, des composants, etc., pour fournir un ensemble robuste. La mesure de la quantité de déformation peut être accomplie d’un certain nombre de manières, par exemple : en collant des tranches de déformation directement sur l’intérieur ou l’extérieur de la face d’extrémité, en mesurant directement une variation dans la résistance de la coupelle et/ou de la face de coupelle, et une variation dans le magnétisme de la coupelle (détection de champ magnétique).
Comme le montrent les Figures 6A et 6B, les ensembles capteur de déformation 10 de la présente divulgation sont configurés de sorte que l’accent soit mis sur la mesure de déformation dans l’objet 14 le long de la direction souhaitée, qui est le long de l’axe longitudinal 34 de la tranche de déformation 22.
Bien qu’un ou plusieurs modes de réalisation préférés de l’invention soient décrits ci-dessus, il convient à l’homme du métier de reconnaître que diverses modifications et variations peuvent être apportées à la présente invention sans s’écarter de la portée et de l’esprit de celle-ci. Il est entendu que la présente invention couvre de telles modifications et variations relevant de la portée et de l’esprit des revendications annexées et leurs équivalents.

Claims (17)

  1. Ensemble capteur de déformation (10) pour la détection d’une quantité de déformation dans un objet, comprenant :
    une première coupelle (16) ayant une première extrémité, une deuxième extrémité, une paroi latérale cylindrique (17) s’étendant entre elles, et une paroi d’extrémité (18) comportant une surface interne (19) et une surface externe (21), disposée à la première extrémité de la première coupelle ; et
    une tranche de déformation (22) disposée sur l’une parmi une surface externe et une surface interne de la paroi d’extrémité.
  2. Ensemble capteur de déformation selon la revendication 1, dans lequel la paroi d’extrémité (18) de la première coupelle comporte une paire de bords latéraux parallèles, chaque bord latéral définissant une ouverture avec la paroi latérale de la première coupelle.
  3. Ensemble capteur de déformation selon la revendication 2, dans lequel la paroi d’extrémité (18) de la première coupelle est formée par une arche ayant une surface convexe et une surface concave.
  4. Ensemble capteur de déformation selon la revendication 3, dans lequel la surface externe (21) de la paroi d’extrémité de la coupelle interne est la surface convexe.
  5. Ensemble capteur de déformation selon la revendication 4, dans lequel la première coupelle (16) est reçue de manière coulissante dans une ouverture cylindrique définie dans l’objet.
  6. Ensemble capteur de déformation selon la revendication 5, dans lequel un diamètre externe de la première coupelle (16) est sensiblement le même que le diamètre de l’ouverture cylindrique.
  7. Ensemble capteur de déformation selon la revendication 4, comprenant en outre une deuxième coupelle ayant une paroi latérale cylindrique définissant un alésage central, dans lequel la première coupelle est reçue de manière coulissante dans l’alésage central de la deuxième coupelle.
  8. Ensemble capteur de déformation selon la revendication 1, dans lequel la paroi d’extrémité (18) de la première coupelle définit une paire de fentes parallèles (30), chaque fente comportant une paire de parois latérales parallèles (32).
  9. Ensemble capteur de déformation selon la revendication 8, dans lequel la paroi d’extrémité (18) de la première coupelle est formée par une arche ayant une surface convexe et une surface concave.
  10. Ensemble capteur de déformation selon la revendication 9, dans lequel la surface externe (21) de la paroi d’extrémité de la coupelle interne est la surface convexe.
  11. Ensemble capteur de déformation selon la revendication 9, dans lequel la première coupelle (16) est reçue de manière coulissante dans une ouverture cylindrique définie dans l’objet, et un diamètre externe de la première coupelle est sensiblement le même que le diamètre de l’ouverture cylindrique.
  12. Ensemble capteur de déformation (10) pour la détection d’une quantité de déformation dans un objet, comprenant :
    une première coupelle (16) ayant une première extrémité, une deuxième extrémité, une paroi latérale cylindrique (17) s’étendant entre elles, et une paroi d’extrémité (18) comportant une surface interne (19) et une surface externe (21), disposée à la première extrémité de la première coupelle, la paroi d’extrémité étant l’une d’une forme d’arche ou de dôme et ayant une surface convexe et une surface concave ; et
    une tranche de déformation (22) disposée sur l’une parmi une surface externe et une surface interne de la paroi d’extrémité.
  13. Ensemble capteur de déformation selon la revendication 12, dans lequel la paroi d’extrémité (18) de la première coupelle comporte une paire de bords latéraux parallèles, chaque bord latéral définissant une ouverture avec la paroi latérale de la première coupelle.
  14. Ensemble capteur de déformation selon la revendication 12, dans lequel la surface externe (21) de la paroi d’extrémité de la coupelle interne est la surface convexe.
  15. Ensemble capteur de déformation selon la revendication 14, dans lequel la première coupelle (16) est reçue de manière coulissante dans une ouverture cylindrique définie dans l’objet, et un diamètre externe de la première coupelle est sensiblement le même que le diamètre de l’ouverture cylindrique.
  16. Ensemble capteur de déformation selon la revendication 12, comprenant en outre une deuxième coupelle ayant une paroi latérale cylindrique définissant un alésage central, dans lequel la première coupelle est reçue de manière coulissante dans l’alésage central de la deuxième coupelle, et l’ensemble capteur de déformation est reçu de manière coulissante dans une ouverture cylindrique définie par l’objet.
  17. Ensemble capteur de déformation selon la revendication 12, dans lequel la paroi d’extrémité de la première coupelle définit une paire de fentes parallèles (30) , chaque fente comportant une paire de parois latérales parallèles (32) .
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