Comment est faite une cellule de charge?

La construction de la cellule de charge commence dans l'atelier mécanique où arrivent les barres d'acier inoxydable 17-4 PH pour être transformées.

Acier inoxydable 17-4 PH, en raison de son élasticité et de sa dureté, est un matériau particulièrement adapté aux cellules de charge.

Associé aux jauges de contrainte appropriées, il présente une très faible erreur sur le cycle d'hystérésis.
Cette caractéristique lui permet de resterflexiblemême pour des efforts très élevés : il se déforme sous une charge puis revient à son état initial lorsque la charge n'agit plus.

Toutes les barres sontagrééavec une machine à ultrasons pour éliminer toute imperfection dans l'acier. Ensuite, chaque barre est marquée avec son diamètre et son numéro de coulée afin que le lot soit facilement traçable.

La barre est découpée en cylindres, qui sont ensuite contrôlés un par un pour s'assurer qu'il n'y a pas de « fissures ».

Fissuresil s'agit souvent de fissures capillaires invisibles à l'œil humain et qui peuvent entraîner des problèmes futurs lors de la fabrication de la cellule de charge ou de son fonctionnement.

Une fois les contrôles passés, le cylindre est usiné en3 étapes:deux sur le tour et un sur la fraiseuse.

• Lors de la première étape de tournage, l'opérateur réalise lafentedans la cellule de charge, dans laquelle seront ensuite placées les jauges de contrainte.
   
• Dans la deuxième étape du tournage, lebouton de chargement supérieur, typique des cellules de charge CBL, est réalisée sur le côté opposé du cylindre.
   
• Dans la troisième étape, leprisepour le presse-étoupe et letroupour le passage du câble sont également réalisés avec une fraiseuse.

Les mécaniciens de la cellule de charge sont prêts à passer à l’étape suivante de la fabrication.

2. Premiers contrôles mécaniques et lavage

Une fois le corps vierge du capteur de charge reçu par l'atelier, le premier test mécanique est effectué.

L'opérateur, utilisant un périodiquejauge certifiée, vérifie que les dimensions sont dans les tolérances spécifiées sur le dessin de conception.

Pour éliminer toute trace d'impuretés, la pièce est ensuite lavée une première fois avec unémulsion dégraissanteà une température de 50° pendant 40 minutes.
Il s'agit seulement du premier lavage que subira la cellule de charge ; en fait, elle sera nettoyée au moins 4 fois de plus.

Enfin, toutes les pièces propres sont séchées à la main une par une.

3. Traitements thermiques

Le traitement thermique devieillissementsert à éliminer et à atténuer les tensions dans le matériau et à amener la cellule de charge à la dureté souhaitée, améliorant ainsi son élasticité.

Le vieillissement nous amène au cœur de la production des cellules de charge.

 

Les cellules de charge sont introduites par lots dans le four tandis que le panneau de contrôle de gestion supervise l'opération et produit un graphique et un certificat sur le traitement thermique effectué.

 

Il existe deux types defours industrielsutilisés pour ce traitement : fours à air et fours à moufle.

Le four à air agit par ventilation, tandis que le four à moufle utilise des éléments chauffants en spirale pour produire de la chaleur.

 

Pourcellules de charge spéciales(comme ceux certifiés OIML R 60) le traitement thermique implique une étape supplémentaire avant le vieillissement : la resolubilisation.

 

Pendantresolubilisation, la cellule de charge est traitée à 1050°C dans un four industriel à vide poussé puis refroidie à -80°C dans un four cryogénique.
Le four à vide élevé garantit que la cellule de charge ne se déforme pas, tandis que le choc thermique dans le four cryogénique élimine les tensions dans l'acier inoxydable 17-4 PH afin que la cellule de charge soit encore plus précise et linéaire.

Cette étape de pré-vieillissement est réalisée sur la pièce brute avant usinage et permet d'éliminer toutes les tensions dans la cellule de charge.

4. Polissage et sablage

Après le traitement thermique, la cellule de charge est polie et sablée.

 

Polissage

La surface est brossée avec unpâte abrasiveet rendu brillant pour réduire la rugosité de la cellule de charge et empêcher l'accumulation de matière, la rendant également facile à nettoyer.

Sablage

Avec l'aide d'unmachine de sablage, l'opérateur pulvérise des microsphères de verre sur la surface de la cellule de charge, la rendant poreuse.

Ce capteur est poli à l'extérieur et sablé uniquement à l'intérieur, de sorte que les jauges de contrainte adhèrent mieux au corps de la cellule de charge en raison de laporositédonné à sa surface par le procédé de sablage.

La cellule de charge est enfinlavéà nouveau à 50°C et complètement nettoyé des restes sableux des microsphères et des restes graisseux de la pâte abrasive.
Une fois le lavage terminé, les cellules de charge sont empilées en prenant soin d'insérer undisque en siliconeentre eux. Cela évitera qu'ils soient endommagés ou rayés plus tard dans le cycle de production.

5. Contrôle dimensionnel et de planéité

La cellule de charge est transportée au laboratoire, où elle est soumise à deux contrôles : le contrôle dimensionnel et le contrôle de planéité.

Contrôle dimensionnel

Le contrôle dimensionnel est effectué à l'aide de jauges, elles-mêmes calibrées à l'aide de blocs Johansson.

Que sont les blocs Johansson ?

Aussi appelés « cales étalons parallèles plates », ce sont des parallélépipèdes magnétiques en acier d'épaisseur variable (0,01 à 10 mm) usinés pour obtenir 2 faces parfaitement parallèles.

En frottant et en attachant ensemble plusieurs blocs de valeur nominale différente,les jaugesutilisé pour mesurer l'épaisseur des diaphragmes des cellules de chargepeut être vérifié.

Les blocs Johansson ont une durée de validité limitée. Ils doivent donc être révisés périodiquement pour obtenir une nouvelle certification, ou remplacés par de nouveaux blocs.

 

Contrôle de planéité

Pour vérifier la planéité, la cellule de charge est placée sur une surface parfaitement plane et une force est exercée dessus avec les doigts.

Si la cellule de charge bouge, le supportcouronnen'est pas parfaitementplatet la cellule de charge sera mise au rebut. Il est essentiel qu'elle reste immobile, sinon elle ne pourra pas fonctionner correctement.

6. Test de dureté

Après le polissage et les contrôles mécaniques, la dureté de la cellule de charge est vérifiée.
Environ 10 % des pièces sont contrôlées de manière aléatoire, ce qui suffit à garantir que l’ensemble du lot répond aux paramètres requis.

Pour ce test, l'opérateur utilise unduromètre, c'est-à-dire une machine dotée d'un pénétrateur qui mesure le degré de dureté acquis par le métal après le traitement thermique de vieillissement, et confirme que le paramètre mesuré est correct.

Différentes méthodes et échelles peuvent être utilisées pour effectuer le contrôle. La méthode la plus appropriée est choisie en fonction de la forme et du matériau du pénétrateur ainsi que des forces de précharge et de charge appliquées.
Dans ce cas, l'échelle choisie estHRC(Dureté Rockwell Cone), qui est celui utilisé pour les pièces en acier trempé.

La cellule de charge est maintenant prête pour le traçage et le marquage des axes.

7. Traçage et marquage laser

Le traçage et le marquage sont réalisés avec un marqueur laser capable de graver n'importe quel matériau, pour un résultat extrêmement propre et précis.

Tracé

La phase de traçage est cruciale. C'est précisément ici que, suivant les instructions du dessin fourni par le concepteur mécanique, leaxessont gravés à l'intérieur de la fente de la cellule de charge qui, pendant la phase de collage, indiqueront à l'opérateur où positionner précisément les jauges de contrainte.

Marquage

Le marqueur se déplace d'une cellule de charge à une autre et grave sur chacune d'elles le code spécifiqueétiquetteavec les données de la plaque signalétique pour assurer une traçabilité complète.

 

8. Nettoyage par ultrasons

Une fois tous les contrôles mécaniques effectués, la cellule de charge est à nouveau lavée.
Cette fois, une machine à laver industrielle à ultrasons est utilisée pour s'assurer qu'elle soit complètement dégraissée.

 

L'opérateur place environ 10 kg de cellules de charge dans un panier et le fait descendre dans l'eau à une température de 70°C. Ici, les cellules de charge sont soumises à une série deéchographiesà 70 Hz pendant 2 à 5 minutes puis rincé.

Après le lavage, la différence entre le polissage et le sablage est claire et perceptible.
La surface de la cellule de charge polie est lisse et permet à l'eau de s'écouler immédiatement ; la surface de la cellule de charge sablée est poreuse et retient l'eau, qui met plus de temps à s'évaporer.

 

9. Qu'est-ce queune jauge de contrainte et comment fonctionne-t-elle ?

 

La jauge de contrainte est une petite grille composée defils de constantan(un alliage binaire de cuivre et de nickel) et constitue le composant de mesure sensible de la cellule de charge.

Collé à l'intérieur de la fente du capteur de charge, il suit la déformation de sa surface.
Lorsqu'il est déformé, il provoque unechangement de résistance,et donc en signal électrique, proportionnel à la force appliquée à la cellule de charge.

Ces variations sont mesurées en effectuant unePont de Wheatstonecircuit.
Le pont relie plusieurs jauges de contrainte entre elles à l'aide de fils électriques et d'un circuit imprimé (PCB), qui détectent ensemble l'ampleur de la déformation comme un changement de signal électrique exprimé en mV/V (millivolts par volt).

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Nettoyage avec conditionneur et neutralisant

La cellule de charge entre maintenant dans la partie la plus délicate. C'est là que les jauges de contrainte sont sélectionnées, positionnées et collées de manière experte par des techniciens qualifiés et spécialisés.

Dans ce département, tout est maintenu sous le plus grand contrôle :températureest toujours entre 20°C et 24°C, le niveau dehumiditéest gardéconstanteet voicipas de poussièrequoi que ce soit.
Tout est soigneusement surveillé, rien ne doit affecter la jauge de contrainte et son isolement.

Cependant, la cellule de charge doit être nettoyée une fois de plus avant le collage.
Le technicienle nettoie à la mainavec deux produits : l'après-shampoing et le neutralisant.

Conditionneur

Le conditionneur est un composé deacide phosphoriquequi corrode légèrement la surface de la cellule de charge et permet de la dégraisser complètement.

Le technicien verse une goutte de revitalisant dans la fente pour la nettoyer en profondeur, puis sèche les résidus avec de la gaze.

 

 

 

Neutralisant

Le neutralisant permet de bloquer la réaction chimique initiée par le conditionneur et de créer les conditions optimales de propreté pour le collage des jauges de contrainte.

Il est appliqué après le conditionneur et permet de garantir que la cellule de charge estParfaitement propre:si le conditionneur a été efficace, la goutte de neutralisant va immédiatement s'étendre à la surface de la fente.

Le technicien peut maintenant procéder au collage.