FR2843326A1 - Torque wrench with automatic detection of an exchangeable gear element so that the parameters used by a signal processing unit for the signals generated by strain gauges can be adjusted automatically - Google Patents
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Abstract
Description
i La présente invention concerne une clé dynamométrique et plusi The present invention relates to a torque wrench and more
particulièrement une clé dynamométrique améliorée comportant un corps déformable élastiquement et portant deux extensomètres et des moyens de traitement des signaux issus des deux extensomètres en vue de déterminer la valeur du couple de serrage. L'invention trouvera son application dans tout domaine o un serrage avec particularly an improved torque wrench comprising an elastically deformable body and carrying two strain gauges and means for processing the signals from the two strain gauges in order to determine the value of the tightening torque. The invention will find its application in any field where tightening with
contrôle du couple est nécessité. torque control is required.
Dans ce cadre, on connaît du document FR-A-2 538 741 une clé dynamométrique comportant un barreau élastique relié à une tête d'entraînement et 10 portant des extensomètres disposés à des distances différentes de l'axe de rotation de la tête et reliés dans un circuit en pont de Wheatstone. Selon cette antériorité, on parvient à déterminer une valeur du couple de serrage de façon indépendante de la zone de préhension par l'utilisateur. Dans ce cadre, on utilise deux extensomètres identiques et reliés par un pont de Wheatstone pour obtenir en sortie une valeur 15 électrique proportionnelle au couple. Le traitement des valeurs électriques générées par les extensomètres est ici réalisé de façon analogique par l'intermédiaire d'un In this context, document FR-A-2 538 741 discloses a torque wrench comprising an elastic bar connected to a drive head and 10 carrying extensometers arranged at different distances from the axis of rotation of the head and connected in a Wheatstone bridge circuit. According to this prior art, it is possible to determine a value of the tightening torque independently of the grip zone by the user. In this context, two identical extensometers are used and connected by a Wheatstone bridge to obtain an electrical value proportional to the torque at the output. The processing of the electrical values generated by the extensometers is here carried out analogically by means of a
circuit électronique.electric circuit.
Si on souhaite changer la tête d'entraînement de la clé, il s'agit, dans le If you want to change the drive head of the key, in the
cadre de l'antériorité, de modifier des articulations de la clé pour garder la 20 proportionnalité de la mesure. prior art, to modify the articulations of the key to keep the proportionality of the measurement.
Un premier inconvénient lié à une telle clé dynamométrique est que le traitement des données de mesure est purement électronique. Il nécessite donc une pluralité de composants de fiabilité, et de précision, limitées et d'un encombrement dommageable. Par ailleurs, la structure de la clé objet du document FR-A-2 538 741 est complexe. On constate également qu'une telle clé dynamométrique ne permet pas une adaptation aisée à différentes pièces d'entraînement, de dimension variant A first drawback linked to such a torque wrench is that the processing of the measurement data is purely electronic. It therefore requires a plurality of components of reliability, and precision, limited and of a damaging bulk. Furthermore, the structure of the key object of document FR-A-2 538 741 is complex. We also note that such a torque wrench does not allow easy adaptation to different drive parts, of varying size
particulièrement en longueur.particularly in length.
De telles pièces d'entraînement sont pourtant couramment nécessitées However, such drive parts are commonly required
suivant la nature et la localisation de l'élément à serrer. depending on the nature and location of the element to be clamped.
La présente invention permet de remédier aux inconvénients des clés dynamométriques connues jusqu'à présent et propose, pour ce faire, une clé The present invention overcomes the drawbacks of torque wrenches known up to now and proposes, to do this, a wrench
améliorée présentant plusieurs avantages. improved with several advantages.
Un premier avantage de l'invention est qu'elle assure une détection automatique du type de pièce d'entraînement afin d'adapter les paramètres de traitement et obtenir une valeur du couple toujours fidèle quelle que soit la pièce A first advantage of the invention is that it provides automatic detection of the type of drive part in order to adapt the treatment parameters and obtain a value of the torque that is always faithful whatever the part.
d'entraînement utilisée.used.
De façon préférée, I'invention a également l'avantage de mettre en oeuvre des moyens de traitement numérique des signaux issus des capteurs, afin Preferably, the invention also has the advantage of using digital processing means for the signals from the sensors, in order to
d'augmenter l'efficacité de la clé. increase the efficiency of the key.
D'autres buts et avantages apparaîtront au cours de la description qui suit Other objects and advantages will appear during the description which follows
qui présente un mode préféré de réalisation de l'invention. which presents a preferred embodiment of the invention.
La présente invention concerne une clé dynamométrique comportant - un corps déformable élastiquement, coopérant avec des pièces d'entraînement interchangeables et portant deux extensomètres positionnés à des endroits différents le long du corps, - des moyens de traitement de signaux issus des extensomètres en vue 15 de déterminer la valeur du couple de serrage Cette clé comporte des moyens de détection automatique du type de pièce d'entraînement pour adapter les paramètres de traitement aux caractéristiques de la The present invention relates to a torque wrench comprising - an elastically deformable body, cooperating with interchangeable drive parts and carrying two extensometers positioned at different locations along the body, - means for processing signals from the extensometers in view of determining the value of the tightening torque This key includes means for automatically detecting the type of drive part in order to adapt the processing parameters to the characteristics of the
pièce d'entraînement.drive piece.
Cette clé dynamométrique peut se présenter suivant les variantes 20 avantageuses introduites ci-après: - les moyens de détection comprennent au moins un capteur magnétique sur le corps coopérant avec un organe d'identification de charge magnétique prédéterminée, porté par la pièce d'entraînement, - les moyens de traitement incluent des moyens numériques avec un 25 processeur et une mémoire de stockage de paramètres de traitement selon le type de pièces d'entraînement - I'organe d'identification est la face de polarité positive ou négative d'un aimant permanent, This torque wrench can be presented according to the advantageous variants introduced below: the detection means comprise at least one magnetic sensor on the body cooperating with a predetermined magnetic charge identification member, carried by the drive part, - the processing means include digital means with a processor and a memory for storing processing parameters according to the type of drive parts - the identification member is the positive or negative polarity face of a permanent magnet ,
- I'organe d'identification est une surface de charge magnétique nulle. 30 - les pièces d'entraînement sont de longueur différente. The identification member is a surface of zero magnetic charge. 30 - the drive parts are of different length.
- elle comporte une unité électronique à affichage de mesure déportée du - it includes an electronic unit with remote measurement display of the
corps de la clé.body of the key.
- elle comporte une unité électronique à affichage de mesure et des moyens - it includes an electronic unit with measurement display and means
de transmission sans fil entre ladite unité et le corps de la clé. wireless transmission between said unit and the body of the key.
- les signaux transmis entre l'unité et le corps ont un codage spécifique, - the signals transmitted between the unit and the body have a specific coding,
évitant toute interférence avec d'autres clés. avoiding interference with other keys.
Les dessins ci-joints sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils représentent seulement un mode de réalisation de l'invention et permettront de la comprendre aisément. La figure 1 présente un exemple de réalisation d'un manche de clé The attached drawings are given by way of examples and are not limitative of the invention. They represent only one embodiment of the invention and will make it easy to understand it. Figure 1 shows an embodiment of a key handle
incorporant le corps d'épreuve de la clé dynamométrique. incorporating the test body of the torque wrench.
Les figures 2 à 3 illustrent trois possibilités de réalisation de pièces Figures 2 to 3 illustrate three possibilities of making parts
d'entraînement de différentes longueurs. of different lengths.
La figure 4 montre un mode de réalisation de l'assemblage d'une pièce Figure 4 shows an embodiment of the assembly of a part
d'entraînement et du manche.and neck.
Les figures 5 et 6 montrent un exemple plus précis de la forme du corps d'épreuve. Figures 5 and 6 show a more specific example of the shape of the test body.
La figure 7 est un schéma bloc illustrant les moyens de traitement des 15 signaux de mesure. FIG. 7 is a block diagram illustrating the means for processing the measurement signals.
De façon connue en soi, la clé selon l'invention comporte tout d'abord un manche 4 apte à assurer la préhension de l'utilisateur. Avantageusement, le manche 4 comprend un manchon 3 constituant sa surface extérieure et est usuellement In a manner known per se, the key according to the invention firstly comprises a handle 4 capable of ensuring the grip of the user. Advantageously, the handle 4 comprises a sleeve 3 constituting its outer surface and is usually
réalisé en matière suffisamment adhérente telle que du caoutchouc. made of sufficiently adherent material such as rubber.
Le manche 4 renferme un corps 1 portant deux extensomètres 10, 11. The handle 4 contains a body 1 carrying two extensometers 10, 11.
Le manche 4 coopère avec une pièce d'entraînement 2a, 2c incorporant ou apte à recevoir à son extrémité avant 9a, 9c une tête d'entraînement au profil souhaité suivant la nature de l'objet à serrer (par exemple le profil extérieur d'un écrou). The handle 4 cooperates with a drive part 2a, 2c incorporating or capable of receiving at its front end 9a, 9c a drive head with the desired profile depending on the nature of the object to be clamped (for example the outer profile of a nut).
Il peut d'agir d'un cliquet ou d'un embout. It can act with a ratchet or a tip.
Le cas le plus simple de pièce d'entraînement (non représenté) consiste à The simplest case of drive part (not shown) is to
utiliser la tête d'entraînement elle-même, sans pièce intermédiaire supplémentaire. use the drive head itself, without additional intermediate parts.
Les pièces d'entraînement 2a, 2c peuvent aussi être de différentes The drive parts 2a, 2c can also be of different
longueurs, tel que l'illustrent les figures 2 à 3. lengths, as illustrated in Figures 2 to 3.
Par ailleurs, elles coopèrent avec le manche 4 par l'intermédiaire de moyens de raccordement. A cet effet, on peut constituer une extrémité de raccordement 5a, 5c sur la pièce d'entraînement 2a, 2c de façon à s'insérer dans un trou borgne 7 formé en correspondance sur une extrémité du manche 4. Cette configuration est Furthermore, they cooperate with the handle 4 by means of connection means. For this purpose, one can constitute a connection end 5a, 5c on the drive part 2a, 2c so as to be inserted in a blind hole 7 formed in correspondence on one end of the handle 4. This configuration is
illustrée aux figures 1 à 3 et, de façon assemblée, en figure 4. illustrated in figures 1 to 3 and, assembled, in figure 4.
Pour assurer la rétention de la pièce d'entraînement 2a, 2c dans le trou borgne 7, un système de verrouillage est préférentiellement constitué avec un téton de verrouillage 6 formé sur la périphérie de l'extrémité de raccordement 5a, 5c et une To ensure the retention of the drive part 2a, 2c in the blind hole 7, a locking system is preferably formed with a locking pin 6 formed on the periphery of the connection end 5a, 5c and a
bille d'appui 8 réalisée en correspondance sur la périphérie du trou borgne 7. support ball 8 produced in correspondence on the periphery of the blind hole 7.
Ces éléments sont montés de façon élastique de façon à assurer une These elements are resiliently mounted so as to provide
rétention par un appui.retention by support.
En se référant aux figures 2 à 3, on voit qu'il est possible de former des Referring to Figures 2 to 3, we see that it is possible to form
moyens similaires au niveau de l'extrémité avant 9a, 9c des pièces d'entraînement 2a, 2c pour le raccordement éventuel d'une tête d'entraînement si celle-ci n'est pas 10 monobloc avec la pièce d'entraînement 2a, 2c. similar means at the front end 9a, 9c of the drive parts 2a, 2c for the possible connection of a drive head if it is not in one piece with the drive piece 2a, 2c .
On se réfère maintenant plus précisément aux figures 5 et 6 présentant un Reference is now made more precisely to FIGS. 5 and 6 presenting a
mode de réalisation du corps 1. Tel qu'indiqué précédemment, ce corps 1 comporte deux extensomètres 10, 11 de conception courante. Les extensomètres 10, 11 sont disposés sur une partie plane du corps 1 et sont sensibles à la flexion pure de la clé. 15 Leur mesure permet de déterminer l'effort, donc le couple appliqué, après traitement. embodiment of the body 1. As indicated above, this body 1 comprises two extensometers 10, 11 of current design. The extensometers 10, 11 are arranged on a flat part of the body 1 and are sensitive to pure bending of the key. 15 Their measurement makes it possible to determine the effort, therefore the applied torque, after treatment.
De façon avantageuse, la forme du corps 1 est adaptée pour fournir des valeurs de déformation élastique suffisantes à la qualité des mesures opérées par les extensomètres 10 et 11. A ce sujet, des créneaux 12, 13 sont constitués au niveau de chaque extensomètres 10, 11. Par ailleurs, un rétrécissement 14 peut 20 également être formé le long du corps 1. A noter que, au niveau de ce rétrécissement 14, un volume intérieur au manche 4 est libéré, ce qui permet Advantageously, the shape of the body 1 is adapted to provide sufficient elastic deformation values for the quality of the measurements made by the extensometers 10 and 11. In this respect, slots 12, 13 are formed at each extensometers 10, 11. Furthermore, a constriction 14 can also be formed along the body 1. Note that, at the level of this constriction 14, an interior volume at the handle 4 is released, which allows
l'incorporation de moyens de traitement qui seront décrits ci-après. the incorporation of processing means which will be described below.
Ces moyens de traitement permettent la détermination de la valeur du couple These processing means make it possible to determine the value of the torque
de serrage en fonction des valeurs M1, M2 issues des extensomètres 10, 11. tightening according to the values M1, M2 from the extensometers 10, 11.
Ces moyens de traitement comportent des moyens numériques disposant These processing means include digital means having
d'un processeur illustré par le microcontrôleur 21 en figure 7, un convertisseur analogique numérique 20. En référence à la figure 7, le signal électrique x (représentant pour chaque extensomètre 10, 11 une valeur de mesure ml, m2) est reçu au niveau d'un amplificateur 19 de conception courante apte à augmenter le 30 niveau de sortie. Une valeur X amplifiée est obtenue en sortie de l'amplificateur 19. a processor illustrated by the microcontroller 21 in FIG. 7, an analog-to-digital converter 20. With reference to FIG. 7, the electrical signal x (representing for each extensometer 10, 11 a measurement value ml, m2) is received at the level an amplifier 19 of current design capable of increasing the output level. An amplified value X is obtained at the output of amplifier 19.
Cette valeur X est injectée dans un convertisseur 20 de type de conversion analogique numérique pour l'obtention d'une valeur discrète Xd constituant une valeur numérique représentative des valeurs électriques issues des extensomètres , 11. Ces valeurs numériques Xd sont reçues au niveau du microcontrôleur 21 This value X is injected into a converter 20 of analog digital conversion type to obtain a discrete value Xd constituting a digital value representative of the electrical values coming from the extensometers, 11. These digital values Xd are received at the level of the microcontroller 21
pour traitement. En sortie, on obtient la valeur du couple souhaitée. for treatment. At the output, the desired torque value is obtained.
Selon l'invention, la valeur du couple c obtenue est indépendante de la zone According to the invention, the value of the torque c obtained is independent of the area
de préhension de la clé par l'utilisateur. for gripping the key by the user.
De façon caractéristique, cette indépendance de la mesure est produite par Typically, this independence of measurement is produced by
les moyens de traitement ici considérés. the processing means considered here.
Plus précisément, il existe une relation mathématique entre les signaux émis par les deux extensomètres 10,11 (M1, M2 en conversion numérique) et la valeur du More precisely, there is a mathematical relationship between the signals emitted by the two extensometers 10,11 (M1, M2 in digital conversion) and the value of
couple recherchée.wanted couple.
Cette relation peut être écrite de la façon suivante: C = a.M1 + b.M2 + c O C est le couple recherché, Ml1 et M2 les valeurs numériques correspondantes aux valeurs de mesure des extensomètres 10, 11 et a, b et c des constantes. This relation can be written as follows: C = a.M1 + b.M2 + c OC is the desired torque, Ml1 and M2 the numerical values corresponding to the measurement values of the extensometers 10, 11 and a, b and c of constant.
Il est aisé d'obtenir les constantes a, b, c lors du calibrage de la clé. It is easy to obtain the constants a, b, c when calibrating the key.
Pour chaque pièce d'entraînement 2a, 2c, on peut déterminer un triplet de ces valeurs qui peut être stocké dans les moyens de traitement au niveau d'une mémoire. On a ainsi constitué une table en mémoire comprenant des paramètres de 20 traitement qui pourront être utilisés par le microcontrôleur 21 pour déterminer la valeur du couple C. On notera que la détermination du couple C ne dépend pas de la distance For each drive part 2a, 2c, a triplet of these values can be determined which can be stored in the processing means at the level of a memory. A memory table has thus been constituted comprising processing parameters which can be used by the microcontroller 21 to determine the value of the torque C. It will be noted that the determination of the torque C does not depend on the distance
séparant le point d'application de l'effort par l'utilisateur et les extensomètres 10, 11. separating the point of application of the force by the user and the extensometers 10, 11.
Selon l'invention, la clé dynamométrique comporte des moyens de détection 25 automatique du type de pièce d'entraînement 2a, 2c de façon à adapter les According to the invention, the torque wrench comprises means 25 for automatically detecting the type of drive part 2a, 2c so as to adapt the
paramètres de traitement aux caractéristiques de la pièce d'entraînement 2a, 2c. processing parameters with the characteristics of the drive part 2a, 2c.
Ces moyens de détection permettront, dans l'exemple de réalisation indiqué précédemment pour les moyens de traitement, de déterminer quel triplet de These detection means will make it possible, in the embodiment previously indicated for the processing means, to determine which triplet of
constantes a, b, c à appliquer au traitement des mesures. constants a, b, c to apply to the processing of the measurements.
A titre préféré, et en relation aux figures 1 à 4, les moyens de détection comprennent un capteur magnétique 18 situé sur le manche 4. Par ailleurs, chaque pièce d'entraînement 2a, 2c comporte un organe d'identification 17a, 17c formé en As a preference, and in relation to FIGS. 1 to 4, the detection means comprise a magnetic sensor 18 located on the handle 4. Furthermore, each drive part 2a, 2c comprises an identification member 17a, 17c formed in
correspondance du capteur 18.sensor match 18.
Dans le cas illustré, on forme, pour chaque pièce d'entraînement 2a, 2c, un seul organe d'identification 17a, 17c et, pareillement, un seul capteur 18 est formé sur le manche 4. Cependant, on peut multiplier le nombre d'organes d'identification 17a, 17c et le nombre de capteurs 18 en particulier pour augmenter le nombre de pièces d'entraînement 2a, 2c admissible. In the illustrated case, there is formed, for each drive part 2a, 2c, a single identification member 17a, 17c and, similarly, a single sensor 18 is formed on the handle 4. However, the number d 'identification members 17a, 17c and the number of sensors 18 in particular to increase the number of drive parts 2a, 2c admissible.
La détection s'effectue de la façon suivante. Detection is carried out as follows.
Le capteur magnétique 18 est apte à détecter différentes valeurs de The magnetic sensor 18 is able to detect different values of
polarisation magnétique des organes d'identification 17a, 17c. En particulier, le capteur 18 peut détecter si l'organe d'identification a une polarité positive, une 0o polarité négative ou une charge nulle. magnetic polarization of the identification members 17a, 17c. In particular, the sensor 18 can detect whether the identification member has a positive polarity, a negative 0o polarity or a zero charge.
Dans ce cadre, il suffit, pour l'identification de 3 pièces d'entraînement 2a, 2c, de constituer un organe d'identification 17a sous forme d'une surface de polarité positive pour l'une des pièces d'entraînement, d'une surface de polarité négative pour la deuxième pièce, et d'une surface de charge nulle pour la troisième pièce 15 d'entraînement (par exemple pour la pièce d'entraînement constituée seulement par In this context, it is sufficient, for the identification of 3 drive parts 2a, 2c, to constitute an identification member 17a in the form of a surface of positive polarity for one of the drive parts, a surface of negative polarity for the second part, and a zero-load surface for the third drive part (for example for the drive part constituted only by
la tête d'entraînement).the drive head).
Le fonctionnement de l'invention s'opère de la façon suivante. The operation of the invention operates as follows.
L'utilisateur assemble en premier lieu la pièce d'entraînement 2a, 2c The user first assembles the drive part 2a, 2c
souhaitée et le manche 4. Lors de l'assemblage, I'organe d'identification 17a, 17c est 20 mis en correspondance avec le capteur 18. desired and the handle 4. During assembly, the identification member 17a, 17c is matched with the sensor 18.
Le capteur 18 retourne à une carte électronique 15 portant les moyens de The sensor 18 returns to an electronic card 15 carrying the means of
traitement l'information liés au type de pièce d'entraînement 2a, 2c utilisée. processing the information related to the type of drive part 2a, 2c used.
Par ce biais, on utilise les paramètres de traitement adéquats stockés dans une mémoire présente sur la carte électronique 15. Grâce à ces paramètres et aux 25 valeurs mesurées par les extensomètres 10, 11 lors de l'opération de serrage, un traitement numérique est effectué au niveau du microcontrôleur 21. Par application In this way, the appropriate processing parameters stored in a memory present on the electronic card 15 are used. Thanks to these parameters and to the values measured by the extensometers 10, 11 during the tightening operation, digital processing is carried out. at the level of the microcontroller 21. By application
de la formule énoncée précédemment, on détermine la valeur du couple de serrage. from the formula stated above, the value of the tightening torque is determined.
Une alimentation électrique, avantageusement incorporée sous forme de pile A power supply, advantageously incorporated in the form of a battery
16, assure le fonctionnement des moyens électriques de l'invention. 16, ensures the operation of the electrical means of the invention.
En outre, I'ensemble de clé dynamométrique ici présenté peut coopérer avec une unité électronique d'affichage distante par le biais de moyens de transmission avantageusement sans fil (en particulier par ondes radio). De cette façon, I'utilisateur peut lire la mesure du couple directement sur un affichage séparé sans aucune Furthermore, the torque wrench assembly presented here can cooperate with a remote electronic display unit by means of advantageously wireless transmission means (in particular by radio waves). In this way, the user can read the torque measurement directly on a separate display without any
contrainte liée à d'éventuelles liaisons filaires. constraint linked to possible wire connections.
Pour éviter toute interférence de transmission, les signaux de transmission To avoid transmission interference, transmission signals
sont codés de façon spécifique et caractéristique pour une clé donnée. are coded in a specific and characteristic way for a given key.
De cette façon, la réception n'est pas perturbée par d'éventuelles autres ondes transmises dans l'aire de mesure, particulièrement depuis d'autres clés dynamométriques semblables. In this way, reception is not disturbed by any other waves transmitted in the measurement area, particularly from other similar torque wrenches.
REFERENCESREFERENCES
1. Corps 2a, 2c. Pièce d'entraînement 3. Manchon 4. Manche a, 5c. Extrémité de raccordement 6. Téton de verrouillage 7. Trou borgne 8. Bille d'appui 9a, 9c. Extrémité avant 10. Extensomètre 11. Extensomètre 12. Créneaux 15 13. Créneaux 14. Rétrécissement 15. Carte électronique 16. Pile 17a, 17c. Organes d'identification 20 18. Capteur 19. Amplificateur 20. Convertisseur 21. Microcontrôleur 1. Body 2a, 2c. Drive piece 3. Sleeve 4. Sleeve a, 5c. Connection end 6. Locking pin 7. Blind hole 8. Support ball 9a, 9c. Front end 10. Extensometer 11. Extensometer 12. Slots 15 13. Slots 14. Narrowing 15. Electronic card 16. Battery 17a, 17c. Identification components 20 18. Sensor 19. Amplifier 20. Converter 21. Microcontroller
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