Brevet FR2491803A1 — publié le 19820416

La présente invention concerne un procédé de serrage simultané d'organes de fixation munis d'un file- tage jusqu'à la limite de fluage ou jusqu'à un point tel que chaque ensemble comprenant un organe de fixation subit une déformation prédéterminée. Un couple est maintenu jusqu'à ce que tous les organes de fixation soient soumis à des contraintes correspondant à une valeur prédéterminée, l'application d'une force à tous les outils de réglage d'organes de fixation étant alors interrompue. Bien qu'on ait proposé et utilisé de nombreux procédés différents pour l'application du couple final voulu au cours d'opérations de serrage et de réglage d'or- ganes de fixation, le procédé selon l'invention met en oeu- vre les variations comparatives de surfaces délimitées sous une courbe représentant les paramètres de variation du cou- ple en fonction de la rotation angulaire. De cette manière, les erreurs présentées par une lecture instantanée ou par des moyennes arithmétiques tirées d'une courbe représentant la variation du couple avec la rotation angulaire, sont mi- nimales. En conséquence, la détection finale de la limite de fluage de l'organe de fixation peut être effectuée avec précision; l'arrêt de l'application d'une force n'est com- mandé qu'après l'obtention de tensions prédéterminées. L'in- vention permet non seulement la régulation des forces de tension mais encore elle permet l'utilisation de caracté- ristiques de sécurité qui assurent la protection contre 1) les organes à filetage dévié, 2) les organes usés, 3) les organes cassés, 4) l'absence d'organe de fixation et 5) une résistance mécanique trop faible ou inacceptable d'un en- semble de fixation. Le procédé selon l'invention comprend cinq étapes au cours d'un cycle de serrage, ces étapes étant les sui- vantes: 1. Analyse de la pente initiale - destinée à con- trôler la partie initiale du cycle de serrage, à assurer une comparaison avec une limite prédéterminée et à poursuivre ou interrompre le cycle. 2. Verrouillage et variation progressive - chaque outil de serrage, dans une installation à plusieurs dispo- sitifs de serrage d'écrous, subit un couple jusqu'à une va- leur prédéterminée et y reste jusqu'à ce que tous les outils soient soumis à ce couple, le couple étant alors élevé de manière réglée jusqu'à la limite de fluage de chaque organe de fixation. 3. Détection du fl uage - cette opération est ré- alisée par mesure de la vitesse d'augmentation de l'énergie ou du travail lors du serrage de chaque organe de fixation. Une réduction de cette vitesse indique que la limite de fluage a été atteinte. 4. Arrêt de l'outil - lorsque la limite de fluage a été détectée, unevanne arrête l'augmentation de pression transmise à chaque outil de réglage d'organesde fixation tout en assurant la présence d'une pression de maintien. Si la charge appliquée à un organe de fixation diminue, la rotation reprend et l'organe de fixation est soumis à nouveau à la charge d'origine afin que la limite de fluage soit maintenue. 5. Cycle de vérification finale - lorsque tous les ensembles munis d'organes de fixation ont été serrés à la li- mite de fluage, le procédé permet la vérification des valeurs finales du couple et du déplacement angulaire de chaque en- semble de fixation afin que tous ces ensembles se trouvent entre des limites préréglées. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure l est un graphique représentant la va- riation du couple en fonction de l'angle et indiquant cer- tains paramètres utilisés lors de la mise en oeuvre du pro- cédé de l'invention; - la figure 2 est analogue à la figure l mais re- présente d'autres paramètres utilisés - la figure 3 représente un exemple de courbe couple-angle, illustrant la compilation des surfaces qui se trouvent sous la courbe; - la figure 4 est analogue à la figure 2 mais re- présente d'autres paramètres considérés pour la mise en oeuvre de l'invention; et - les figures 5A et 5B forment ensemble un dia- gramme synoptique d'un circuit électronique et de ses com- posants, destinésà la mise en oeuvre du procédé de l'inven- tion. Comme indiqué sur la figure 1, au début du cycle (première étape), de l'air à basse pression transmis à un outil déterminé porte le couple à la valeur T1. Un point prédéterminé de consigne est utilisé pour chaque opération particulière de réglage d'organe de fixation. Lorsque le couple T1 est dépassé, la mesure du déplacement angulaire commence, cette mesure étant poursuivie jusqu'à un couple T2 qui est un second point prédéterminé de consigne. L'angle mesuré a de rotation entre les couples T1 et T21 c'est-à- dire l'abscisse du triangle oeuple-angle, est comparé à des angles minimal et maximal préréglés de rotation et, si la valeur est compriseentre les limites, le cycle se pour- suit et il n'y a pas de rejet. Cette inspection de la pente initiale est utilisée pour la détection d'un filetage dépor- té ou défectueux ou d'un élément monté de manière erronée. Une caractéristique du procédé selon l'invention est la possibilité du réglage de la vitesse d'augmentation du couple en fonction du temps, par utilisation d'appareils de serrage d'écrous du type décrit dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique n' 4 147 219 et dans les deux brevets pré- cédents qui y sont cités. Ces appareils ne "calent" pas, et la pression de l'air peut être progressivement augmen- tée, si bien que l'augmentation du couple qui est propor- tionnelle à la pression de l'air fourni peut être réglée. Ainsi, lorsque la pression de l'air est maintenue à une valeur constante, le couple de sortie de l'appareil de ser- rage reste à une telle valeur proportionnelle jusqu'à la modification de la pression de l'air. Après le dépassement du second point T2, le couple atteint un troisième point T3 qui correspond à une autre valeur de consigne prédéterminée et qui déclenche le dé- but de la partie de détection de la limite de fluage au cours du cycle. Comme l'indique la figure 1, l'énergie ou le travail (surface qui se trouve sous la courbe XY) augmente uniformément jusqu'à la limite de flu- age, et la pente diminue alors. Bien que la courbe X-Y soit représentée sous forme d'une droite, le lieu des points de cette courbe ne forme pas en réalité une droite. L'utilisation de lectures instantanées ou de moyennes arithmétiques de tels points peut introduire des erreurs dans les calculs. Comme le procédé selon l'invention met en oeuvre la surface mesurée sous la courbe X-Y pour la détection de la vitesse de va- riation, ces erreurs sont minimales. On considère maintenant, en référence à la figure 2, l'utilisation des mesures de couple et d'angle pour la détection de la limite de fluage. Lorsque le point T3 a été dépassé, le couple pour chaque unité de déplacement angulaire 0 est mesuré pour un angle prédéterminé OS1. A titre illustratif, on suppose que la variation unitaire du déplacement angulaire 0 est de 10 et que la va- leur de OS1 est de 80. On peut noter que la surface se trouvant sous la courbe X-Y pour la distance angulaire OS1 peut être repré- sentée par la surface du polygone ABCE, et par la somme des surfaces ABDE et BCD. Le couple moyen sous la partie de courbe BC est égal à - (T à T T moyen = 681 On peut se référer à la figure 3 qui montre que la surface qui se trouve sous la courbe est égale à la somme des couples inclus. Les formules utilisées sont les suivantes: A = t 2'Le2 + L2Àe t- 2Ae @ -j[T3 A E L 2 A e CT-T')1 A =Ae 2 T + e2 T2- 2 TG+ 2 +2 T-2 T2 I tT3t 2 TM 2T3] 2A= e tT,+T2+T3.2 MI On constate que ces formules contiennent le terme +1/2T"M. On n'utilise pas cependant cette valeur pour le calcul mais la valeur totale T"M, par raison de simplicité, l'erreur introduite étant négligeable car les valeurs sont comparées par un rapport. Lorsque la partie angulaire eS1 avance au cours de l'excursion de serrage, la surface comprise sous la courbe XY augmente de manière uniforme dans la partie rec- tiligne de la courbe XY. Au-delà de cette partie rectili- gne, l'augmentation s'effectue avec une pente plus faible. L'invention met en oeuvre ce changement de pente pour la détection de la limite de fluage. La surface représentant l'énergie au-dessus de la base T0, pour la distance angulaire eS1, est la somme des surfaces combinées du rectangle ABDE et du triangle BCD. Pour chaque unité d'avance angulaire 0 dans la partie rectiligne de la courbe XY, la surface du triangle BCD est égale à la précédente. La valeur de tout triangle calculée dans cette partie rectiligne de la courbe peut être utilisée comme ré- férence pour la détermination de la limite de fluage. Lors- que la-surface des triangles successifs diminue, c'est qu'il faut moins d'énergie pour une rotation supplémentaire, ce fait indiquant la limite de fluage, suivant la théorie connue. Bien qu'on ait représenté une droite entre les - points B et C pour la description du procédé de l'invention, il apparait que cette courbe peut être quelconque dans la mesure o une abscisse constante est utilisée pour chaque mesure de surface. En d'autres termes, 4 doit avoir la même valeur dans chaque mesure de surface. Comme indiqué sur la figure 4, si le paramètre GS1 avance de 4 unités de déplacement 0 ou 1/28S1 (car on a supposé à titre illustratif 8S1 = 8) suivant la courbe XY, la surface comprise sous cette partie de courbe XY est re- présentée par la surface du polygone FGHJ. La surface peut aussi être représentée par la somme des surfaces combinées LGIJ et GHI. Il faut noter que la ligne de base GI du tri- angle GHI correspond à la valeur moyenne T du calcul précé- dent. La surface du triangle GHI est utilisée comme ré- férérence pour la détermination de la limite de fluage. - On considère maintenant comment cette surface est déterminée analytiquement. Pour la position actuelle 8S1, la surface A1 peut être exprimée sous la forme: A1 = "T" moyen x eS1 Si l'on porte la valeur de T moyen qui est égale à ZT4: Tll s on obtient: ET4 Tl A1 = S x eS A1 = ZT4 à Tl Si on applique la formule indiquée précédemment à la surface de la figure 4, l'aire FGHJ est la somme des couples 8 à 15 ou ET8 - T15. La surface du triangle A2 peut être calculée par la formule: A2 = ET8 - T157- A1 et si l'on remplace A1 par sa valeur ET4-Tll, on obtient: A2 = /-ET8 - T157- / ET4 - T11-/ Le premier calcul du triangle A2 est conservé et devient une référence A'2 pour la détermination de la limite de fluage. Lorsque le cycle se poursuit, pour chaque dépla- cement unitaire 0, la valeur A2 est recalculée et comparée à la valeur de référence. La comparaison est représentée par le quotient A2/A'2. Le quotient restant égal à l indique qu'il n'y a pas de variation de la pente énergétique. Un quotient supérieur à l indique une augmentation de la pente. Un quotient infé- rieur à i indique une réduction de la pente. Comme indiqué précédemment, une réduction de la pente indique la limite de fluage. En conséquence, on cal- cule A2 pour chaque partie de déplacement et on compare à A'2 jusqu'à ce que le quotient A2/A'2 soit inférieur ou égal à une valeur prédéterminée. A ce moment, la quatrième étape a lieu. Lorsque le rapport A2/A'2 est inférieur ou égal au point de consigne, l'électrovanne commandant le cycle de variation progressive se ferme si bien que la rotation de l'organe de fixation est interrompue. Une inspection finale de la pente, pendant la 5ème étape, a lieu entre l'arrêt de l'outil et la fin du cycle afin que la fiabilité soit assurée. Un cycle convenable de fixation nécessite que la limite de fluage se trouve dans une "fenêtre" délimitée par des points prédéterminés de consigne du couple (Tmin et Tmax) et du déplacement an- gulaire (Omin et emax). Si la limite de fluage se trouve en dehors des limites, le cycle doit être rejeté, car il peut indiquer la présence d'un organe de fixation usé ou cassé. On se réfère maintenant aux figures 5A et 5B qui indiquent que de l'air est transmis à un appareil 2 de ser- rage d'écrous à régénération tel que décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 4 147 219. Un régulateur 10 de pression fixe une pression de décharge d'un régulateur à commande pilote. Cette pression de décharge à une valeur qui provoque le serrage de l'organe de fixation a un couple prédéterminé T2. L'appareil ou les appareils maintiennent le couple à cette valeur jusqu'à ce que la commande permette le passage à une autre opération. Un codeur angulaire 3 commande un circuit 8 d'hor- loge qui transmet une impulsion par degré de rotation de l'organe de fixation ou pour tout réglage convenable, sui- vant les conditions de travail. Un transducteur 4 de cou- ple transmet un signal sous forme d'une tension analogique proportionnelle au couple appliqué à l'organe. Cette valeur est mise sous forme numérique par un convertisseur analo- gique-numérique 13. Un élément 14 conserve le couple le plus élevé qui est transmis par impulsions d'horloge. Cette valeur parvient à un comparateur 15 qui la conserve jus- qu'à ce qu'elle dépasse le point de consigne T1 comme in- diqué par la référence 17. Lorsque la valeur T est dépassée, un circuit de comptage d'impulsions 16 est commandé et commence à mesurer le déplacement angulaire. Les couples maximaux sont transmis au comparateur 18 jusqu'au dépassement du couple T2. Après ce dépassement, un circuit 19 de commande d'impulsion unique conserve le nombre a dans un circuit d'échantillonnage et de maintien 20. Le nombre total parvient aux comparateurs 21 et 24 qui vérifient par rapport à des valeurs minimale et maximale 22 et 23 amin et amax. Lorsque la valeur a est comprise entre les deux points de consigne, un signal parvient à un circuit logique 12. Si le paramètre a n'est pas compris entre les points de consigne, le cycle est rejeté. Lorsque tous les outils sont enregistrés dans le circuit 12, un signal commande la vanne 17 et provoque une variation progressive du couple par augmentation progres- sive de la pression de l'air transmis à l'outil ou aux outils. Le comparateur 25 permet le passage des impulsions de l'horloge 8 auxcircuits28 à 35 d'échantillonnage et de maintien après dépassement du couple T3 26 par le couple maximal Chaque impulsion d'horloge, après dépassement du counle T3, commande tous les circuits 28 à 35 d'échantillon- 249 1803 nage et de maintien. En conséquence, le couple le plus récent est conservé dans le circuit 28 et déplace la valeur précé- dente de chaque registre vers le registre suivant. En con- séquence, les huit couples les plus récents sont conservés dans les registres 28 à 35. La 8ème valeur la plus récente se trouve dans le registre 35 et la plus récente dans le registre 28. Le 8ème couple le plus récent du registre 35 est chassé lorsque l'impulsion suivante d'horloge transmet la valeur du registre 34 dans le registre 35 et une nouvelle valeur pénètre dans le registre 28. Chaque impulsion d'horloge, après dépassement du couple T3, commande aussi chacun des registres d'échantil- lonnage et de maintien 36 à 39. Le circuit logique 40 d'addition fait constamment le total des couples des regis- tres 28 à 35. Chaque impulsion successive provoque la con- servation de la valeur la plus récente dans le circuit logique 40, dans le registre 36, et déplace la valeur pré- cédente se trouvant dans chacun des registres 36 à 39 vers le registre suivant. En conséquence, les quatre sommes les plus récentes des couples des registres 28 à 35 sont con- servées dans les registres 36 à 39. La quatrième somme la plus récente se trouve dans le registre 39 et la plus ré- cente dans le registre 38. La quatrième somme la plus ré- cente du registre 39 est chassée lorsque l'impulsion sui- vante d'horloge fait passer la valeur du registre 38 dans le registre 39 et une nouvelle valeur pénètre dans le re- gistre 36. Un circuit logique 41 de différence soustrait constamment la valeur du registre 39 de celle du circuit logique 40. 12 impulsions après le dépassement du couple T3, la somme des valeurs 8 à 15 (comme indiqué sur la figure 4) se trouve dans le circuit 40 et celle des valeurs 4 à 11 se trouve dans le registre 39. En conséquence, à cette im- pulsion d'horloge, le signal de sortie du circuit logique 41 est la somme des couples 8 à 15 réduite de la somme des couples 4 à 11. Cette valeur constitue la surface de ré- férence A. Le signal du compteur 64 d'impulsions est alors égale à 12, c'est-à-dire la valeur du point de consigne 44, et l'impulsion d'horloge commande le circuit 42 d'échan- tillonnage et de maintien afin qu'il conserve la valeur transmise par le circuit logique 41 à la 12ème lecture. S Cette valeur est comparée à des points de consigne 52 et 51 par des comparateurs 45 et 46. Lorsque la valeur est com- prise entre les points de consigne, elle passe au circuit logique 47 de division et constitue le paramètre A1. Si la valeur n'est pas comprise entre lespoints de consigne, le cycle est rejeté. A chaque nouvelle impulsion d'horloge, une nouvelle valeur de A est divisée par A afin que la limite de fluage soit déterminée. Le quotient parvient à un comparateur 48 qui le compare à un point de consigne 50. L'appareil de commande de l'écrou continue à serrer l'organe de fixation jusqu'à ce que le quotient A/A1 soit inférieur au point de consigne 50. A ce moment, l'élément 49 d'arrêt ferme la vanne 11 qui interrompt l'augmentation de la pression de l'air transmis à l'outil et la maintient à une valeur convenable si bien que l'organe de fixation cesse de tourner. Les comparateurs 53 et 56 vérifient le déplacement angulaire e et détermi- nent s'il est compris entre des limites acceptables 54, 55. Les comparateurs 58 et 60 effectuent la même opération pour les couples finaux 57, 59. Lorsque la valeur maximale Toax ou Gmax dépasse le point de consigne correspondant, une électro- vanne 9 à trois voies interrompt la transmission d'air à l'outil qui serre l'organe correspondant de fixation. Lorsque tous les organes de fixation d'un ensemble atteignent la limite de fluage, le circuit logique 62 com- mande la vanne 63 et interrompt le cycle. REVENDICATIONS 1. Procédé de serrage d'un organe de fixation jus- qu'à ce que la limite de fluage soit atteinte, caractérisé en ce qu'il comprend la mesure d'une surface donnée au- dessous d'une courbe couple-angle représentant le serrage de l'organe de fixation, la mesure successive de surfaces analogues au-dessous de la courbe, les surfaces ayant la même abscisse que la première surface mesurée, et l'in- terruption du serrage de l'organe de fixation lorsque la surface mesurée ultérieurement diminue d'une quantité pré- déterminée et indique ainsi que la limite de fluage de l'or- gane de fixation a été atteinte. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une mesure initiale de surface au-dessous de la cour- be couple-angle est réalisée afin que le fait qu'elle est comprise entre des limites prédéterminées ou non indique que l'opération de serrage doit être poursuivie ou non. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pente représentant l'augmentation d'énergie four- nie à un organe de fixation est mesurée et, lorsqu'elle commence à décroître, le fait que la limite de fluage est atteinte est indiqué. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, lorsque la limite de fluage de l'organe de fixation est atteinte, les valeurs finales des paramètres de couple et de rotation angulaire sont vérifiées afin que le fait que des limites prédéterminées sont atteintes soit déterminé. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend la commande simultanée de plusieurs outils de serrage d'écrous destinés à serrer chaque organe de fixa- tion à la limite de fluage et à maintenir un couple à cette limite de fluage sur chaque outil jusqu'à ce que tous les outils aient serré les organes de fixation à une limite prédéterminée de fluage. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les outils de serrage d'écrous sont d'un type qui ne cale pas, et dans lequel l'augmentation du couple est direc- tement proportionnelle à la pression de l'air transmis à l'outil. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pression de l'air transmis aux outils de serrage d'écrous est annulée lorsque tous les outils ont exercé une force correspondant à la limite de fluage sur tous les organes de fixation simultanément commandés, et les pa- ramètres finaux de couple et de rotation angulaire sont vérifiés afin que le fait qu'ils atteignent des limites préréglées soit déterminé.