FR2543041A1 - Procede et installation de serrage d'une liaison de type vis, avec controle de la tension mecanique appliquee a la vis - Google Patents

Abstract

A.PROCEDE ET INSTALLATION DE SERRAGE D'UNE LIAISON DE TYPE VIS, AVEC CONTROLE DE LA TENSION MECANIQUE APPLIQUEE A LA VIS. B.INSTALLATION DU PROCEDE CARACTERISEE EN CE QU'ELLE COMPORTE UN OUTIL FORME D'UN MOTEUR PNEUMATIQUE HYDRAULIQUE OU ELECTRIQUE 50 ENTRAINANT UNE BROCHE 51 MUNIE D'UNE DOUILLE 52, LE MOTEUR ETANT EQUIPE D'UN CAPTEUR DE COUPLE 53 ET D'UN CAPTEUR D'ANGLE 54 POUR COMMANDER LE CIRCUIT 55 FOURNISSANT LE SIGNAL D'ARRET A UN DISPOSITIF DE COMMANDE D'ARRET 56 TELLE QU'UNE VANNE RAPIDE OU UN RELAIS. C.L'INVENTION S'APPLIQUE AU SERRAGE DE VIS OU ANALOGUES AVEC UN ALLONGEMENT PRECIS QUEL QUE SOIT L'ETAT DE LA VIS SANS RISQUER DE DEPASSER LA LIMITE ELASTIQUE.

Description

"Procédé et installation de serrage d'une liaison de
type vis, avec contrôle de la tension mécanique appliquée
a la vis".

L'invention concerne un procédé et une installation de serrage d'une liaison de type vis, avec contrôle de la tension mécanique appliquée a la vis.

De façon générale, lors du serrage d'un assem- blage vis, par exemple d'un assemblage a vis ou à goujon, on distingue une phase de serrage préliminaire consistant à mettre la vis en appui. Cette phase préliminaire est suivie du serrage proprement dit suivant un angle!de serrage effectif. Ce serrage effectif consiste, de façon schématique à allonger la vis d'une certaine longueur proportionnelle à l'angle de serrage effectif et au pas de la vis pour créer par allongement de la vis une tension effective dans la vis.

De façon plus détaillée, au cours dgun serrage, le couple évolue en fonction de l'angle de serrage en passant par une phase d'approche au cours de laquelle le couple est dû aux frottements et à la vitesse (le couple diminuant lorsque la vitesse diminue). Puis apyres que la tête de la vis vient en contact, il y a une phase de mise en place au cours de laquelle le couple évolue de façon très variable en fonction de l'angle.. Au cours de cette phase, il y a le rattrapage des jeux, des défauts, un écrasement des microaspérités, des particules, et,... Cette phase de mise en place est suivie par la mise sous tension mécanique au cours de laquelle le couple est proportionnel à la tension. Le coefficient de proportionalité dépend des frottements sous la tête de la vis et dans les filets.

A la fin de cette phase, on rencontre la limite élastique correspondant au début de la zone d'allongement de la vis. Pour réaliser un serrage efficace, il faut que le couple soit aussi éleve que possible sans toutefois atteindre ou se rapprocher de la limite élastique.

I1 existe différents procédés et dispositifs destinés à contrôler le serrage
- le serrage au couple,
- le serrage à l'angle,
- le serrage à la limite élastique,
- la mesure directe de l'allongement de la vis.

Or, aucun de ces moyens ne donne réellement satisfaction car ils manquent tous de précision pour permettre la réalisation d'un assemblage précis.

En effet :
Serrage au couple / On On définit le couple nominal C N et à partir de là, le couple d'approche qui est souvent fixé égal à la moitié du couple nominal C /2. On définit également le couple maximum C et le couple minimum Cmin.

max
On serre au couple nominal C N et on vérifie que l'angle de serrage mesuré à partir de l'angle correspondant au couple d'approche CN/2 est compris entre l'angle de serrage donnant le couple minimum Cmin.et celui correspondant à la limite d'élasticité. On vérifie également que le couple appliqué est compris entre le couple minimum et le couple maximum.

Or, en pratique, on constante que, dans la mise en oeuvre de ce procédé, même avec les atpareils.les plus performants, la valeur de la tension de la vis reste assujettie aux variations de son élasticité et à la variation des coefficients de frottement dans les filets ou sous la tête de vis ou sur le flanc de l'écrou.

Or, même si les variations d'élasticité propre pour des vis ou des goujons de cavité restent négligeables, il n'en est pas de même des coefficients de friction qui varient dans de tres larges proportions en fonction des lubrifiants utilisés ou de l'absence de lubrifiant, de la présence ou de l'absence de rondelles dans l'assemblage et de la structure géométrique ainsi que la structure métallurgique de surface. Pour un couple de serrage donné, cette imprécision se traduit par des variations sur la tension pouvant dépasser souvent la limite + 20 %.

Serrage à l'angle : Selon ce procédé, à partir du couple d'approche CO, on serre à l'angleZ N correspondant au couple nominal et on vérifie que le couple ainsi appliqué soit compris dans l'intervalle Cumin, Cmax. On vérifie égale- ment que l'angle de serrage compté à partir de l'angle correspondant au couple d'approche est compris entre l'angle correspondant à C min et celui correspondant à la limite élastique.

Comme pour le procédé précédent, la dispersion de la tension finale dépend directement de la tension initiale correspondant au couple d'approche ; cette tension peut varier considérablement en fonction des conditions de lubrification de la propreté des filets, des états de surface, etc...

En résumé, le procédé de serrage au couple et le procédé de serrage à l'angle présentent des analogies pour que ces méthodes permettent un serrage relativement précis, il faut An bon contrôle des coefficients defrot- tement, c'est-à-dire avoir des coefficients de frottement de valeur suffisamment constante.

Serrage à la limite élastique : Ce procédé consiste à verifier en cours de serrage que la pente de la courbe couple/angle de serrage, reste constante.

Lorsque cette pente décroît, on arrête le serrage. Or, le passage entre la partie rectiligne et la partie infléchie de la courbe de serrage correspond précisément à la limite élastique.

En conséquence, selon ce procédé, on arrête le serrage après la limite élastique. On risque donc une rupture de l'assemblage, lorsque celui-ci est soumis à des efforts de fatigue car la composante d'efforts alternés que l'assemblage peut accepter, est très réduite. En outre, un tel procédé nécessite une très grande homogénéité des vis et introduit souvent des efforts mécaniques excessifs dans les vis.

Mesure directe de l'allongement de la vis
Cette solution citée pour mémoire, ne constitue qu'une solution théorique. En effet, elle permettrait de réduire les écarts considérables entre les allongements des vis serrées selon les procédés connus. Toutefois, la mesure de cet allongement est une mesure extrêmement précise qui ne peut se faire pratiquement qu'en laboratoire en utilisant des moyens extrêmement sophistiqués par exemple des mesures par ultrasons basées sur le temps de réflexion de l'onde dans la vis.

Or, pour mettre en oeuvre un tel procédé, il faudrait des vis spécialement adaptées au matériel permettant d'injecter une onde d'ultrason et de la recueillir en sortie pour mesurer le temps de réflexion.

De plus, en pratique, la vitesse de propagation du son dans le corps de la vis est fonction du champ des contraintes ainsi que de la structure métallurgique de la vis, ce qui rend les mesures extrêmement aléatoires malgré la précision apparente que ces mesures permettraient d'obtenir.

La présente invention a pour but de remdier.aux inconvénients. des solutions c.onnues et se propose de créer des moyens (procédé et installation) permettant de réaliser un serrage avec un allongement effectif précis quel que soit l'état de la vis, les coefficients de frottement des filets, de la tête de vis et du flanc de l'écrou, des lubrifiants utilisés, de la présence ou non de rondelle ainsi que de la structure géométrique et métallurgique de surface, sans risquer de dépasser la limite élastique.

A cet effet, l'invention concerne un procédé caractérisé en ce que pour effectuer un serrage suivant un angle de serrage effectif, prédéterminé, à l'aide d'un moyen de serrage, on choisit un point de début de serrage (couple CO), définissant les valeurs initiales de l'angle gOet du couple CO, on combine ces valeurs O, CO pour définir des grandeurs constantes Ao et PO, on combine l'une de ces grandeurs constantes A0à l'angle de serrage de consigne A pour former une nouvelle grandeur de consigne A', on combine l'autre de ces grandeurs constantes à l'une des variables mesurées (angle de serrage α;, couple de serrage C)pour former une nouvelle variable X et on compare la nouvelle variable X à la grandeur de consigne A' pour générer un signal de fin de serrage destiné à commander le moyen de serrage.

Suivant une caractéristique de l'invention, l'installation est caratérisée en ce qu'elle comporte un capteur pour détecter une grandeur correspondant à l'angle de rotation du mandrin du dispositif de serrage, un capteur de couple destiné à détecter le couple exerce sur l'assemblage un dispositif de commande relié aux organes de commande (moteur) du mandrin de serrage pour en commander 1 'arrêt lorsque le serrate recherchS est établi, un dispositif d'introduction de paramètres CO, q et un dispositif d'introduction d'une grandeur de consigne sangle de serrage effectif A), ainsi qu'un circuit de traitement relié aux différents éléments, ce dispositif de traitement comportant un comparateur recevant les paramètres fournis par le dispositif ainsi que la valeur instantanée C du couple fournie par le détecteur pour émettre en cas d'égalité un signal S1, un dispositif de mesure d'angle (8) recevant le signal instantané de l'an- gle de serrage α, pour conserver le signal α = α0 reçu lors de la réception du signal S1, un circuit de combinaison recevant les paramètres Co du dispositif et llangl du dispositif de mesure d'angle pour combiner ces grandeurs et fournir des grandeurs constantes Ag et PO, un autre circuit de combinaison recevant, d'une part, la grandeur de consigne A du dispositif d'introduction de grandeur de consigne et l'une des grandeurs constantes Ao pour donner une nouvelle grandeur de consigne A' = f (A, Ao) destinée > un comparateur commandant le circuit de commande, la seconde entrée du comparateur recevant un signal correspondant à.une nouvelle variable x = f ( , C, PO) fournie par un autre circuit de combinaison recevant l'autre grandeur constante PO du circuit de combinaison ainsi que les grandeurs variables et C, le comparateur émettant un signal S2 lorsqu'il constate l'égalité des signaux A' et X appliqués a ees entrées.

Suivant une autre caractéristique de l'inven- tion, le premier circuit de combinaison est un différent tiateur donnant une seule grandeur constante Ao qui est la différentielle du couple C en fonction de l'angle i , le second circuit de combinaison est un multiplicateur donnant comme nouvelle grandeur de consigne A' le produit de l'ancienne grandeur de consigne A et de la grandeur constante Ao/ et un troisième circuit de combinaison est un circuit de fonction identité donnant comme nouvelle grandeur variable la grandeur C du couple de serrage.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, le premier circuit de combinaison est un différentiateur donnant comme autre grandeur variable PO la différentielle de l'angle de serrage α par rapport au couple C (Po = dα/dC), le second circuit de combinaison est la fonction identité pour la grandeur de consigne A donnant en sortie une nouvelle grandeur de consigne Ai identique à l'ancienne grandeur de consigne A et le troi- sième circuit de combinaison est un multiplicateur fournissant une nouvelle variable X égale au produit de l'autre grandeur Po = ddV et de la variable C égal au couple de serrage.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, le premier circuit de combinaison est un circuit de combinaison complexe recevant des paramètres COt q est un angle constant α 1 pour fournir en sortie deux grandeurs constantes Ao =α1 (1 + l/q) et PO = CO (1 + q), le second circuit de combinaison est un soustracteur recevant d'une part la grandeur de consigne A et d'autre part, la grandeur constante Ag pour fournir en sortie la nouvelle grandeur de consigne A' = A - l (1 + l/q), et le troisième circuit de combinaison est un circuit formé d'un comparateur recevant comme grandeur de comparaison l'autre grandeur constante PO = CO (1 + q) et comme variable le couple C pour fournir un signal lorsque le comparateur constate l'identité entre les signaux d'entrée PO et C, ce troisième circuit de combinaison comportant également un dispositif de mesure d'angle qui reçoit comme signal de début de comptage le signal du comparateur et comme autre signal le signal d'angle de serrage $ pour fournir en sortie une nouvelle variable X = i correspondant à l'angle mesuré à partir.de l'envoi du signal et le dispositif de mesure d'angle est relié au comparateur pour recevoir le signal de comparaison sur son entrée de remise à zero commandant le début de la mesure de l'angle (différence d'angle) et, d'autre par le signal du comparateur commandant la fin de la mesure de l'angle pour fournir en sortie l'angle G 1 destiné au premier circuit de combinaison.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, le circuit se compose d'un amplificateur opérationnel dont l'une des entrées reçoit un signal de tension V représentant le couple de serrage et l'autre entrée reçoit le signal de pente b de la courbe de serrage fournie par un amplificateur et un potentiomètre donnant un signal G.d.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'installation comporte un outil formé d'un moteur pneumatique, hydraulique ou électrique entrainant une broche munie d'une douille, le moteur étant équipé d'un capteur de couple et d'un capteur d'angle pour commander le circuit fournissant le signal d'arrêt à un dispositif de commande d'arrêt telle qu'-une vanne rapide ou un relais.

Suivant une autre caractéristique de l'inven- tion, le circuit électronique recevant les signaux de fonctionnement i , C, CO, A) est un circuit analogique ou un circuit numérique.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'installation est constituée par un module destiné à venir sur un outil existant pour recevoir la douille de vissage, ce module comportant un moyen de coupure tel qu'un embrayage ou un interrupteur d'alimentation de l'outil pour arrêter le serrage, le module comportant les capteurs d'angle et de couple ainsi que le circuit de traitement des signaux.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, le capteur d"angle est constitué par une roue phonique, ou analogue, un contact tournant fournissant des signaux d'angle commandant la mesure du couple par le capteur de couple.

Le procédé selon l'invention permet de faire abstraction de tous les éléments aléatoires d'une vis D ou analogues pour réaliser un allongement réel de la vis à une valeur prédéterminée et sans dépasser cette valeur.

Un tel procédé peut se mettre en oeuvre indifféremment avec des moyens analogiques ou numériques, c'est-à-dire un circuit électronique analogique ou un circuit électronique numérique à microprocesseur.

Dans les deux cas, et quelle que soit par ailleurs la réalisation de détail des moyens de mise en oeuvre du procédé, la solution peut se réaliser avec des moyens simples et peu coûteux, permettant l'application de l'invention à des appareils et outils très largement diffusés dans l'industrie.

La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels
- La figure 1 est un schéma-bloc servant à expliquer l'invention,
- La figure 2 est un schEma-bloc d'unscircuit pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, pour le serrage asservi par le couple.

- La figure 3 est un schéma-bloc analogue à celui de la figure 2 pour une variante correspondant au serrage asservi par le couple.

- La figure 4 est un schéma-bloc d'un circuit de mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour un serrage asservi par l'angle.

- La figure 5 est un schéma électronique d'un circuit simplifié pour la mise en oeuvre de l'invention,
- La figure 6 est un schéma d'un appareil de serrage de l'invention.

De façon générale, le procédé de serrage d'un assemblage de type vis, selon l'invention, avec contrôle de l'allongement ou de la tension mécanique appliquée à la vis, pour effectuer un serrage suivant un angle de serrage effectif, prédéterminé, c'est-à-dire un angle de serrage choisi en fonction de l'allongement souhaité de la vis et du pas de la vis, consiste a choisir un point de départ sur la partie linéaire de la courbe de serrage.Ce choix se fait de la façon la plus simple en choisissant un couple dit "initial" CO correspondant à une fraction du couple nominal, de façon à se situer avec certitude sur la partie linéaire de la courbe
A partir de ce couple "initial1' e0, on détermine l'angle correspondant0. Cet angle peut se déterminer par comparaison en retenant l'anglet αo lu lorsque le couple atteint la valeur CO.

On combine les grandeurs C0 et αo pour former des grandeurs dites "grandeurs constantes A0 et PO". L'une de ces grandeurs Ao est combinée à l'angle de serrage de consigne A pour former une nouvelle grandeur Ai dite nouvelle grandeur de consigne".

L'autre grandeur constante PO est combinée à l'angle instantané $ et au couple instantané C pour former une nouvelle variable X qui est une-fonction des variables α et C ainsi que de la grandeur constante PO.

Puis on compare cette nouvelle variable X à la nouvelle 'grandeur de consigne A' pour en cas d'égalité commander l'arrêt du serrage.

Le schéma-bloc de la figure 1 montre à la fois le procédé et le circuit pour la mise en oeuvre de ce procédé.

Selon l'invention, à l'aide d'un capteur d'angle 1 et d'un capteur de couple 2, on détermine 1'angle instan- tané de serrage et le couple instantané de serrage C pour agir sur le dispositif de commande 3 assurant l'arrêt instantané (a l'inertie près) du serrage en tenant compte de paramètres CO introduits dans l'appareil ainsi que de l'angle de serrage effectif A déterminé suivant l'allongement voulu et en tenant compte du pas de la vis.

Les paramètres Co et l'angle de serrage A sont introduits dans l'appareil par des dispositifs d'introduction 4, 5 tels que des potentiomètres dans le cas de circuits analogiques.

Les paramètres CO sont en général limités à un seul paramètre qui est un couple dit "couple initial C choisi arbitrairement sur la partie linéaire de la courbe représentant le couple C en fonction de l'angle de serrage .

Les différents dispositifs 1, 2, 3, 4, 5 sont reliés à un circuit de traitement 6. Le circuit 6 se compose d'un comparateur à seuil 7 qui-reçoit comme valeur de seuil, le signal CO du couple initial et comme grandeur courante le couple C fourni par le capteur 2 pour donner un signal de sortie S1 lorsque le comparateur 7 constate l'égalité C = e0.

Le circuit 6 comporte également un compteur d'angle 8 qui reçoit le signal S1 ainsi que le signal représentant l'angle instantanX Le compteur 8 est remis à zéro initialement puis il mesure l'angle OÇ courant en comptant par exemple des impulsions. Ce comptage se poursuit jusqu a la réception du signal S1. Celui-ci bloque le compteur 8 qui fournit le signal αo correspondant à l'angle de serrage associé au couple CO, à un circuit de combinaison 9 recevant par ailleurs le signal CO.

A l'aide des signaux correspondant aux valeurs "initiales" (C07O(0), le circuit 9 forme les grandeurs constantes Ag, PO.

Le circuit 6 comporte également un circuit de combinaison 10 recevant, d'une part, le signal de consigne A et, d'autre part, la grandeur constante Ag du circuit 9 pour former une nouvelle grandeur de cons i- gne A' = f (A, Ao) qui est une-fonction des deux signaux A et A0 reçus.

Un autre circuit de combinaison 11 reçoit l'autre grandeur constante PO ainsi que les grandeurs variables C, α pour former une nouvelle grandeur variable X=f (i , C, PO) qui est une fonction des deux variables et C ainsi que de la grandeur constante
Les fonctions A' = f (A1, Ao) et X = f d , C, P0) peuvent prendre différentes formes comme cela sera explicité ci-après ; ces fonctions peuvent également se limiter à la fonction identité par exemple A' = A ou X = C, etc...

Dans un tel cas, par convention, les entrées des circuits de combinaison correspondant aux autres variables ou grandeurs ne seront pas branchées.

Les signaux A' et X sont fournis à un comparateur 12 qui, en cas d'égalité, fournit un signal S2 au circuit de commande 3 assurant l'arrêt du serrage.

Dans la suite de la description, on utilisera les mêmes références pour désigner les mêmes blocs fonctionnels ou des blocs équivalents.

La figure 2 montre un premier mode de réalisation d'un schéma d'une machine de serrage selon l'invention dont les parties connues, telles que 1a broche de serrage et le moteur d'entrainement n'ont pas été représentées.

Ce circuit se compose d'un capteur d'angle 1, d'un capteur de couple 2, d'un dispositif d'introduction de la grandeur de consigne 5, d'un circuit de traitement 6A et d'un circuit de commande 3. Le capteur d'angle 1 et le capteur de couple 2 sont par exemple montés sur .1'ensemble broche-moteur et le circuit de commande 3 est relié au moteur pour commander son arrêt immédiat dès l'é- mission du signal d'arrêt.

Le dispositif 5 fournissant la grandeur de consigne A est un dispositif réglable permettant de règler la grandeur de consigne A, c'est-à-dire l'angle de serrage effectif A.

Le circuit de combinaison 9A se compose d'un différentiateur qui reçoit la valeur instantanée de l'angle de serrage fourni par le capteur 1 ainsi que la valeur instantanée C du couple de serrage fourni par le capteur de couple 2. Le couple C est fourni au différentiateur 9A par l'intermédiaire du comparateur 7 de façon que la valeur du couple C ne soit transmise que lorsque le couple est supérieur au couple d'approche, c'est-à-dire pour que le couple corresponde à un serrage sur la partie linéaire de la courbe de serrage.

Le seuil du comparateur 7 est règlé à une valeur quelconque choisie par exemple en fonction du couple nominal.

Le différentiateur 9A fournit la différentielle dC/dd au circuit de combinaison 10 constitué par un multiplicateur 1 qui reçoit par ailleurs la grandeur de consigne
A. Le multiplicateur lOA effectue la multiplication des grandeurs A et dC/d i . Cette grandeur qui est constante puisque le point de serrage évolue sur la partie linéaire de la courbe de serrage, est appliquée comme nouvelle grandeur de consigne A' au comparateur 12.

Le circuit de combinaison 11A est constitué par la fonction identité pour C. On obtient ainsi en sortie la nouvelle variable X = f (OÇ, C, P0) = C. En pratique, cela revient à relier directement le capteur de couple 2 à l'une des entrées du comparateur 12. Lorsque le comparateur 12 constate l'égalité des grandeurs X et AO, il envoie un signal S2 au circuit de commande 3. Ce circuit de commande 3 commande alors l'arrêt instantané du serrage.

Le couple de serrage ainsi établi est donc le couple
Cm= A.dC/dα , c'est-à-dire que l'angle de serrage effectif est l'angle A.

L'asservissement du serrage, réalisé selon le dispositif de la figure 2, est un asservissement par le couple puisque le couple évolue jusque atteindre une valeur correspondant à l'angle de serrage A.

La figure 3 montre une variante du dispositif de la figure 2.

Le circuit de traitement 6B est légèrement différent du circuit de traitement 6A. En effet, ce circuit de traitement 6B comporte comme circuit de combinaison 9B, un différentiateur donnant une seule grandeur constante PO en sortie et pas de grandeur A0.

Le circuit de combinaison 11B est un multi plicateur recevant les signaux C et PO = dCtg our former la nouvelle variable X = f (, C, Po) = C dα/dC.

Le circuit de combinaison 10 qui est la fonction identité pour A A' = f (A, Ao) = A nasa pas été représentée.

Lorsque le comparateur 12 constate l'légalité
A' = X, c'est-à-dire A = C.dc(/ dC, il envoie un signal au circuit de commande 3 qui commande immédiatement l'arrêt du serrage.

La figure 4 représente schématiquement un autre circuit pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

Ce circuit effectue un asservissement en fonction de l'angle de serrage
Comme précédemment, les éléments de ce circuit correspondant à ceux des circuits des figures 2 et 3, portent les mêmes références numériques.

Le circuit de traitement 6C des signaux de consigne A, de couple C et d'angle comporte un dispositif 4C pour introduire deux grandeurs CO et q permettant de définir des seuils. Le dispositif 4C permet d'introduire un couple initial Co choisi de façon à être supérieur au couple d'approche c'est-à-dire pour que le point de serrage correspondant au couple C0 se trouve sur la partie linéaire de la courbe de serrage. La grandeur q introduite par le dispositif 4C est un nombre quelconque mais dépendant du choix du couple initial Co de façon que le couple C' = Co (1 + q) soit nettement inférieur au couple nominal CN.-
Si, suivant l'usage, le couple Co correspond à la moitié du couple nominal CN, la grandeur q doit donc être choisie inférieure à l'unité.

Dans ce circuit 6C, le comparateur 7 fournit un signal S1 à l'entrée de remise à zéro du compteur 8C de façon qu'à partir de la réception du signal S1, ce compteur puisse mesurer un angle i 1 correspondant en fait à la différence de l'angle de serrage 4 et de l'angle de serrage αo pour le couple Co La fin de comptage donnant l'angle est définie par le signal S4 obtenu comme cela sera expliqué plus loin. Le dispositif 4C est également relié à un circuit de combinaison 9C pour lui fournir les deux paramètres Cg, q. Le circuit 9C reçoit en outre le signal . Il donne en sortie les deux grandeurs constantes
Ao et Po Ao = 1 (1 + l/q)
Po = Co (1 + q)
Le circuit de combinaison 10C est constitué par un soustracteur recevant les signaux A et Ao pour fournir en sortie le signal A'
A' = f (A, Ao) = A > (1 + 1/q)
Le circuit de combinaison llC est plus complexe que les précédents circuits 11A, 11B. Il se compose en fait d'un comparateur llCl et d'un compteur d'angle 11C2.

Le comparateur llCl reçoit d'une part-la grandeur constante PO = CO (1 + q) et, d'autre part, la variable C pour comparer ces deux termes'; lorsque C atteint la valeur PO = CO (1 + q), il émet un signal S4 appliqué, d'une part, au compteur d'angle 9C, comme cela a été décrit et d'autre part, au capteur d'angle 11C2 qui est remis à zéro par ce signal S4 et ne compte en fait qu'une différence d'angle de serrage. Ce signal de différence ' devient la nouvelle variable X.

Le comparateur 12 compare comme précédemment les grandeurs A' et X pour donner un signal de commande lorsque l'égalité est atteinte.

Les différents circuits décrits ci-dessus à titre d'exemples, sont de préférence des circuits analogiques. Toutefois, les mêmes fonctions peuvent être réalisées par des circuits numériques réalisés autour d'un microprocesseur. Toutefois, dans ce cas, les signaux analogiques correspondant à l'angle de serrage OÇ et au couple de serrage C, devront être transformés en des signaux numériques par-des convertisseurs analogiques/ numériques. Une conversion inverse peut être nécessaire en sortie du circuit de commande.

En effet, dans la solution analogique, les grandeurs telles que C,O(r CO sont des signaux de tension électrique.

Suivant une solution pratique avantageuse, les impulsions de mesure de l'angle i et de commande des mesures de couple C, sont générées par un distributeur rotatif formé d'une roue à n pôles, liée à la broche de serrage ou au moteur et tournant en regard d'une roue à p pôles. Si n et p sont premiers entre eux, deux pôles se trouveront en regard n.p fois par tour. Cette colnci- dence permet la commande ; les roues peuvent par exemple être des roues aimantées et ainsi la coincidence de deux pôles correspond à un minimum pour l'entrefer. La roue peut également être une roue dite "phonique", utilisant un couple photoémetteur/photocapteur.

Dans le cas d'une roue dont la partie tournante présente n pôles et la partie fixe p pôles, il y a n.p points de coincidence par tour ; dans le cas particulier, pratique de n = 8 et p = q, on a 72 points de coincidence, ce qui 360 correspond à une résolution angulaire de 72 # 5 ; une telle résolution est excellente pour assurer un serrage précis.

Dans le cas d'un contact tournant, on peut avantageusement utiliser les impulsions émises à chaque position de contact pour lire le couple correspondant.

Suivant une variante non représentée, on utilise un moteur à puissance constante et la caractéristique de montée en couple est déterminée directement, en fonction de la vitesse bul, , à partir de la dérivée di/dt = GJdC/dsk du courant i mesurant le couple appliqué, dérivée qui peut être obtenue par exemple par la tension aux bornes d'une inductance L, et la coupure est appliquée quand cette tension a atteint une certaine valeur inversement proportionnelle à l'angle de rotation sous tension A désiré.

On a en effet alors di dC KL
C# = C # = L di C = α dα ## coupure = A
La figure 5 montre un mode de réalisation particulièrement simple d'un circuit pour la mise èn oeuvre du procédé. Ce circuit reçoit le signal de tension V qui correspond au couple mesuré et le signal b = dC/d qui est une constante représentant la pente de la courbe de montée en tension. Le signal b est amplifié si nécessaire par un amplificateur 40 pour être transformé en un signal de tension g.b par un potentiomètre 41 ; g est choisi égal à A.k, relation dans laquelle k est une constante du système, liée au gain du capteur et A est la grandeur de consigne déjà définie ci-dessus.

Le signal obtenu g.b est appliqué par l'intermédiaire d'une résistance R à l'une des entrées d'un amplificateur opérationnel 42 dont l'autre entrée reçoit également par l'intermédiaire d'une résistance R, le signal V représentant le couple.

L'amplificateur opérationnel peut par exemple etre un amplificateur opérationnel de type 741. Cet amplificateur fonctionne comme comparateur de tension qui compare à chaque instant la tension V mesurant le couple à la grandeur de consigne g.b. Lorsqu'il y a égalité, la sortie S de l'amplificateur opérationnel 42 hascule pour commander un relais non représenté assurant l'arrêt immédiat du serrage par débrayage ou par arrêt du moteur.

Il est à remarquer que tout système-mécanique présente une certaine inertie, raison pour laquelle il est nécessaire de tenir compte de cette inertie dans l'établissement de la grandeur de consigne A.

De façon avantageuse, le dispositif permet de détecter les assemblages anormaux par exemple une vis défectueuse7 etc.. En effet, Si la limite élastique est atteinte avant le serrage à l'angle A, par exemple si la vis est trop 'faible, cela se traduit par une diminution rapide de -la pente b et donc de la valeur g.b la machine s arrêterad'elle-même car g.b qui devrait être constant, diminue et devient inférieur à V. Il assagit là d'un avantage très important du dispositif car cela constitue une sécurité intrinsèque.

De plus, l'invention permet à tout instant de comparer le couple et la perte de montée en couple à des potentiels minimaux et maximaux de référence, à l'aide de comparateurs de tension semblable pour détecter les assemblages anormaux avec grippage ou des vis défectueuses.

La figure 6 montre un dispositif de serrage selon l'invention, qui se compose d'un moteur 50 entraînant une broche 51 munie d'une douille 52. La broche est équipée d'un capteur électrique de couple 53 correspondant au capteur 10 ainsi que d'un capteur d'angle 54 correspondant au capteur 11. L'ensemble du circuit électronique correspondant au circuit 13, 20, 30 est logé dans le boîtier 55. Ce boîtier 55 est relié au circuit de commande constitué par une vanne de coupure rapide 56 ou relais.

Bien que le dispositif selon l'invention puisse stapplXquer à des dispositifs de serrage pneumatiques, hydrauliques ou électriques, il est particulièrement intéressant de l'appliquer à un dispositif équipé d'un moteur électrique plus économe en énergie et plus silencieux que les moteurs pneumatiques.

Cela simplifie également la réalisation du dispositif car la mesure du couple se fait par une simple mesure de l'intensité électrique.

De façon particulièrement simple et avantageuse, l'invention peut se réaliser sous la forme d'un module destiné a équiper les outils motorisés ou manuels existants.

Un tel module, non représenté7 se compose d'un boîtier muni d'une broche dont une extrémité se fixe sur la sortie de la visseuse ou plus généralement de l'outil et l'autre extrémité reçoit la douille servant au vissage. Le boîtier contient les capteurs d'angle et de couple ainsi que le circuit de traitement des signaux. L'arret du serrage se réalise soit à l'aide d'un embrayage prévu dans le module soit par l'intermédiaire d'un moyen de coupure de l'alimentation électrique ou pneumatique de l'outil.

En raison de la grande variété des composants électroniques disponibles, on pourra imaginer de multiples architectures pour réaliser cette fonction d'asservisse- ment direct, à une valeur pré-établie, de la rotation de la broche sous tension effective de la vis, et ainsi du contrôle de l'allongement, sans sortir du domaine de l'invention.

Le dispositif, objet de l'invention, peut être appliqué à tous les assemblages vissés existants, sans aucune modification de ces assemblages, quand une grande précision dans les efforts mécaniques appliqués-est requise, et plus particulièrement dans tous les cas où la sécurité et/ou la tenue mécanique sont en cause. Il peut être utilisé aussi bien sur des machines automatiques multibroches que sur des clefs manuelles, et concerne tous les secteurs de la production, depuis le laboratoire jusqu'aux usines de très grandes séries.

Claims (9)

REVENDICATIONS

10) Procédé de serrage d'une liaison de type vis, à contrôle de la tension mécanique appliquée à la vis ou analogue, procédé caractérisé en ce que pour effectuer un serrage suivant un angle de serrage effectif, prédéterminé, à l'aide d'un moyen de serrage, on choisit un point de début de serrage (couple CO), définissant les valeurs initiales de llangle O et du couple CO, on combine ces valeurs 0, CO pour définir des grandeurs constantes Ag et PO, on combine l'une de c-es grandeurs constantes à l'angle de serrage de consigne A pour former une nouvelle grandeur de consigne A', on combine l'autre de ces grandeurs constantes à l'une des variables mesurées (angle de serrage , couple de serrage C) pour former une nouvelle variable X et on compare la nouvelle variable X à la grandeur de consigne A' pour générer un signal de fin de serrage destiné à commander le moyen de serrage.

20) Installation de serrage dlune liaison de type vis, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, installation caractérisée en ce qu'elle comporte un capteur (1) pour détecter une grandeur correspondant à angle de rotation du mandrin du dispositif de serrage, un capteur de couple (2) destiné à détecteur le couple exercé sur l'assemblage, un dispositif de commande (3) relié aux organes.de commande (moteur) du mandrin de serrage pour en commander l'arrêt lorsque le serrage recherché est établi, un dispositif d'introduction (4) de paramètres C0, q et un dispositif (5) d'introduction d'une grandeur de consigne (angle de serrage effectif A), ainsi qu'un circuit dé traitement (6) relié aux différents éléments (1 - 5), ce dispositif de traitement (6) comportant un comparateur (7) recevant les paramètres CO fournis par le dispositif (4) ainsi que la valeur instantanée C du couple fournie par le détecteur (2) pour émettre en cas d'égalité un signal S1, un dispositif de mesure d'angle (8) recevant le signal instantané de l'angle de serrage 7 , pour conserver le signal G = 4 reçu lors de la réception du signal S1, un circuit de combinaison (9) recevant les paramètres Co du dispositif (4) et ltangle i O du dispositif de mesure d'angle (8) pour combiner ces grandeurs et fournir des grandeurs constantes

Ao e t PO, un autre circuit de combinaison (10) recevant, d'une part, la grandeur de consigne A du dispositif d'introduction de grandeur de consigne (5) et l'une des grandeurs constantes Ao pour donner une nouvelle grandeur de consigne A' = f (A, A0) destinée à un comparateur (12) commandant le circuit de commande (3) r la seconde entrée du comparateur (12) recevant un signal correspondant a une nouvelle variable X = f (α, C, PO) fournie par un autre circuit de combinaison (11) recevant l'autre grandeur constante pO du circuit de combinaison (9) ainsi que les grandeurs variables i et C, le comparateur (12) émettant un signal S2 lorsqu'il constate l'égalité des signaux AB et X appliqués à ces entrées.

30) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier circuit de combinaison (9) est un différentiateur (9A) donnant une seule grandeur constante Ao qui est la différentielle du couple C en fonction de l'angle α;, , le second circuit de combinaison (10) est un multiplicateur (10A) donnant comme nouvelle grandeur de consigne As le produit de l'ancienne grandeur de consigne A et de la grandeur constante ZbO' et un troisième circuit de combinaison (11) est un circuit 111A) de fonction identité donnant comme nouvelle grandeur variable la grandeur C du couple de serrage

40) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier circuit de combinaison (9) est un différentiateur (9B) donnant comme autre grandeur variable PO la différentielle de l'angle de serrageCiupar rapport au couple C (pO = ddCO) 7 le second circuit de combinaiso (10) est la fonction identité pour la grandeur de consigne A donnant en sortie une nouvelle grandeur de consigne As identique à l'ancienne grandeur de consigne A et le troisième circuit de combinaison (11) est un multiplicateur (11B) fournissant une nouvelle variable X égal au produit de l'autre grandeur PO = dα/dC et de la variable C égal au couple de serrage.

50) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier circuit de combinaison (9) est un circuit de combinaison complexe (9C) recevant des paramètres CO, q et un angle constant α1 pour fournir en sortie deux grandeurs constantes Ao = d (1 + l/q) et PO = CO (1 + q), le second circuit de combinaison (10) est un soustracteur (lot) recevant d'une part la grandeur de consigne A et d'autre part, la grandeur constante Âo pour fournir en sortie la nouvelle grandeur de consigne

A' = A =α;1 (1 + 1/q), et le troisième circuit de combinaison (11) est un circuit (lac) formé d'un comparateur (11C1) recevant comme grandeur de comparaison l'autre grandeur constante PO = CO (1 + q) et comme variable le couple C, pour fournir un signal S4 lorsque le comparateur (11C) constate l'identité entre les signaux d'entrée PO et C, ce troisième circuit de combinaison (llC) comportant également un dispositif de mesure d'angle (11C2) qui reçoit comme signal de début de comptage le signal S4 du comparateur (liC1) et comme autre signal le signal d'angle de serrage α ; pour fournir en sortie une nouvelle variable X = i correspondant à l'angle mesuré a partir de l'envoi du signal 847 et le dispositif de mesure d'angle (8) est relié au comparateur (7) pour recevoir le signal de comparaison S1 sur son entrée de remise à zéro commandant le début de la mesure de l'angle (différence d'angle) et, d'autre part le signal S4 du comparateur llC commandant la fin de la mesure de l'angle pour fournir en sortie l'angle que destiné au premier circuit de combinaison (9C).

60) Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le circuit se compose d'un amplificateur opérationnel (42) dont l'une des entrées reçoit un signal de tension V représentant le couple de serrage et l'autre entrée reçoit le signal de pente b de la courbe de serrage fournie par un amplificateur (40) et un potentiomètre (41) donnant un signal g.d.

70) Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un outil formé d'un moteur pneumatique, hydraulique ou électrique (50) entraînant une broche (51) munie d'une douille (52), le moteur étant équipé d'un capteur de couple (53) et d'un capteur d'angle (54) pour commander le circuit (55) fournissant le signal d'arrêt à un dispositif de commande d'arrêt (56) telle qu'une vanne rapide ou un relais.

80) Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que le circuit électronique recevant les signaux de fonctionnement , C, C07A est un circuit analogique ou un circuit numérique.

90) Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un module destiné à venir sur un outil existant pour recevoir la douille de vissage, ce module comportant un moyen de coupure tel qu'un embrayage ou un interrupteur d'alimentation de l'outil pour arrêter le serrage, le module comportant les capteurs d'angle et de couple, ainsi que le circuit de traitement des signaux.

100) Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisée en ce que le capteur d'angle est constitué par une roue phonique, ou analogue, un contact tournant fournissant des signaux d'angle commandant la mesure du couple par le capteur de couple.