Brevet FR2542869A1 — publié le 19840921

Dispositif de serrage et de mesure par ultrasons des tensions de serrage. La présente invention concerne un dispositif de serrage et de mesure par ultrasons des tensions de serrage, notamment celles qui sont développées dans un organe d'assemblage et dans les pièces assemblées. Lors du montage d'un organe d'assemblage et, plus particulièrement d'un boulon, on introduit dans l'assemblage, le plus souvent par l'intermédiaire d'un couple exercé sur la tête du boulon ou sur l'écrou, un effort de serrage agissant dans l'axe du boulon. Cet effort de serrage est souvent appelé précharge par les spécialistes. Par boulon, il faut entendre l'ensemble des éléments assembleurs tels que boulons, vis et goujons. La valeur de la précharge est un des paramètres essentiels de l'assemblage car il conditionne son aptitude a l'emploi et sa tenue en service. Or, les conséquences d'une défaillance de la boulonnerie, surtout dans les industries de haute sécurité telles que les industries aéronautiques et nucleai7Gs sont telles que, depuis de nombreuses années, des études ont été entreprises pour mettre au point un ou des dispositifs de,controle de la tension du serrage dans un assemblage, de manière non seulement à maîtriser le niveau de la précharge qui est généralement prédéterminée, mais encore à mesurer la tension résiduelle de serrage après un certain temps de fonctionnement. Le serrage du boulon et le contrôle du niveau de la pré charge sont le plus souvent effectués au moyen d'une clé dynamométrique.Malheureusement l'incertitude sur la valeur de la précharge est dans le meilleur des cas de 1poudre de + 20 %. Quant a la mesure de la tension résiduelle, on ne disposait pas de moyens industriels très précis pour la mesurer jusqu'à une période récente. En effet, ce sont des travaux du demandeur qui ont permis de mettre au point une méthode originale de mesure de la recharge et de la tension rés i- duelle. Cette méthode dite ultrasonore est une méthode impulsionnelie échographique par palpage direct mettant en oeuvre des ondes longitudinales (ou de compression) et, le cas échéant, des ondes transversales (ou de cisaillement) La méthode consiste à disposer sur la tête du boulon d'assemblage un transducteur qui émet une onde ultrasonore dans ledit boulon, et qui détecte l'onde réfléchie par l'ex trémité libre du boulon, opposée a la tête Le transducteur est en fait un émetteur-récepteur de l'onde transitant dans le boulon.Le parcours de l'onde ultrasonore n'est pas limité à un seul trajet aller-retour dans le boulonmais peut comprendre de multiples trajets jusqu'a dissipation de l'énergie émise. Comme la méthode implique une mesure avant serrage, donc à tension nulle, puis après serrage, il est nécessaire d'utiliser a chaque opération l'un ou l'autre des dispositifs de serrage et de mesure. Pour la simple mesure de la recharge cela conduit à un nombre réduit dé manipulations puisqu'il faut effectuer la mesure avant serrage, puis dégager le transducteur pour procéder au serrage, et enfin retirer le dispositif de serrage pour pouvoir effec tuer la mesure de la précharge. Lors d'un serrage progressif et, a fortiori, lors de la mesure de la tension résiduelle, on est amené à procéder à des retraits et remises en place différés du tränsducteur ultrasonore. En outre, cette méthode ne permet qu'un cpntrôle a posteriori de la tension de serrage appliqué et ne permet pas le pilotage d'un instrument de serrage. La présente invention a pour but de remédier aux difficultés mentionnées ci-dessus et de proposer un dispositif qui combine les fonctions de serrage et de mesure des différentes tensions de serrage et qui soit de conception simplé et robuste, et permette le pilotage-du serrage à la tension de serrage désirée. La présente invention est du type comprenant un transducteur a ultrasons qui est-en contact sur l'organe d'assemblage a serrer et qui est relié à une source d'alimentation fixe, ledit transducteur étant apte a émettre des ondes ultrasonores et à recevoir lesdites ondes après leur réflexion à une extrémité dudit organe d'assemblage des moyens de mesure des temps de parcours desdites ondes dans ledit organe d'assemblage, et elle est caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de serrage, connus en soi, dans lesquels est disposé un corps percé d'un alésage pour la réception et la mise en place dudit transducteur sur ledit organe d'assemblage, ledit corps étant solidaire en rotation des moyens de serrage et comportant a son extrémité inférieure un organe de rage, tandis que ledit transducteur tourne avec l'organe d'assemblage au cours du serrage. Ainsi, grâce a la présente invention, la mesure de la précharge et des tensions développées au cours du serrage peuvent être-effectuées sans manipulations supplémentaires puisque le transducteur1 intégré, dans les moyens de serrage permet de suivre dans le temps les différentes phases de serrage. En utilisant des moyens de serrage reversibles, on pourra également procéder aux mêmes mesures lors d'un desserrage éventuel. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux a la lecture de la description d'un mode préféré de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, ainsi que du dessin annexé sur lequel la figure 1 est une vue en coupe du dispositif selon l'invention, mais dont certaines parties sont représentées partiellement ou de façon schématique ; la figure 2 est une demi-vue en plan de la roue dentée dans laquelle est logé le transducteur. Le dispositif comprend des moyens de serrage connus en soi mais qui ont été adaptés pour permettre l'intégration d'un transducteur a ultrasons de la manière décrite ci-après. Les moyens de serrage comportent un cliquet reversible 1 du type chantier dont le pas de rotation est de 100 et présentant une résistance au couple de serrage maximum de l'ordre de 130 mdaN. Le cliquet reversible 1 dont la structure ne sera pas donnée dans le détail comprend deux passages concentriques 2 et 3 mais de dimensions différentes. Sur un rebord annulaire 4 sont ménagés trois trous borgnes et taraudés 5 pour la réception de vis de fixation 6 d'un boîtier support 7 et d'un couvercle 8, lesdits trous 5 étant disposés à 1200 tandis que le boîtier 7 et le couvercle 8 délimitent une chambre 9.Dans le boîtier 7 est montée une prise femelle fixe 10 qui, lors du fonctionnement du dispositif, reçoit un connecteur mâle non représenté et devant assurer une liaison électrique par un conducteur électrique 11 entre la prise 10 et une source d'énergie appropriée incorporée dans des moyens 12 comprenant également des moyens de mesure de temps. Dans le cliquet 1 est monté un corps creux 13 percé d'un alésage 14 dont l'axe vertical est confondu avec l'axe 15 d'un organe d'assemblage à serrer, constitué par exemple par un boulon 16. Pour la clarté de l'expose, on n'a pas représenté les pièces à assembler qui doivent être traversées par la tige 17 du boulon. Sur le corps 13 est fixé par des vis 18 disposées à 120 un support 19 dont une partie est logée dans la chambre 9. Le corps 13 comprend deux parties 20 et 21, la partie 20 étant logée dans le cliquet 1 tandis que la partie 21 émerge par le bas du cliquet 1. Le corps 13 est maintenu en position dans le cliquet 1 au moyen de C"TE4B9. La partie 20 du corps 13 comprend (figure 2) six pans plats 23 et une denture périphérique externe 24 apte à coopérer avec les organes d'avance et de retenue du cliquet 1. Dans l'alésage 14 du corps 13 sont ménagés deux epaule- ments 25 et 26, l'épaulement 25 servant d'appui à une chemise 27 en forme de est ménagé un passage 28 délimité par un épaulement 29. Dans le corps 13 est également logé un manchon de protection creux 30 comportant deux parties cylindriques 31 et 32 de dimensions différentes, la partie 31 servant de réceptacle à la chemise 27 et d'appui, par son rebord supérieur, à un ressort de rappel 33, en position basse, pour ledit manchon 30. Un transducteur et plus particulièrement un émetteur-récepteur d'ultrasons 34 est logé dans le manchon 30.Le transducteur 34 comprend une prise 35 qui assure la liaison électrique avec un collecteur tournant 36 disposé dans le support 19. Le transducteur 34 est soumis à l'action d'un ressort 37 qui maintient constamment en contact ledit transducteur 34 sur la tête 17a du boulon 16 pendant tout le fonctionnement du dispositif; ledit ressort 37 étant logé partiellement dans le passage 28 et prenant appui sur l'épaulement 29.Dans le passage 28 et le ressort 37 est montée une butée cre & i28 dont la tête est située sur la partie supérieure 39 de la chemise 27, ce qui permet de limiter la course vers le bas du transducteur 34 Ceci est rendu possible en ménageant dans la butée creuse 38 un siège pour la tête d'une pièce d'arrêt 40 solidaire de la prise 35. Les liaisons électriques entre le transducteur 34 et le collecteur tournant 36 sont assurées par des conducteurs 41 passant à travers la butée 38 tandis que des conducteurs 42 relient électriquement ledit collecteur tournant 36 à la prise femelle 10. Sur la partie inférieure 21 du corps 13 peuvent être montées des douilles de serrage interchangeables 43, choisies en fonction de la tête 17a du boulon 16 à serrer. Le boulon 16 le plus gros qu'on puisse serrer au moyen du dispositif représenté est défini par le diamètre externe de la partie inférieure 21 du corps 13, comme cela est représenté par la ligne en tirets 44. La douille 43 est maintenue en place sur la partie inférieure 21 du corps 13 au moyen d'une bille d'encliquetage 45 se logeant dans une rainure appropriée 46 ménagée sur la face intérieure'de la douille 43, et d'un ressort de poussé 47 agissant sur ladite bille 45. Le dispositif fonctionne de la manière suivante. La douille 43 appropriée et choisie en fonction du boulon 16 serrer étant montée sur la partie 21 du dispositif, on dispose celui-ci au-dessus de la tête 17a du boulon. Le manchon de protection 32 étant dans sa position basse sous l'action du ressort 33 vient en contact le premier avec la tête 17a tandis que le transducteur 34, en retrait par rapport a l'extrémité libre inférieure du manchon 32, n'est pas en contact avec ladite tête 17a et se trouve donc protégée des chocs et ce, grâce a la faible course prévue entre ì l'extrémité supérieure de la butée 38 et l'épaulement 29.Au fur et a mesure que la tête 17a du boulon 16 vient se positionner dans la douille 43, le manchon 32 et le transducteur 34 sont repoussés vers le haut a l'encontre des ressorts 33 et 37. Le positionnement correct de la tête 17a étant atteint, le transducteur 34 est maintenu fermement en contact sur la tête 17a par le ressort 37 et les mesures et/ou serrage peuvent alors avoir lieu. La première mesure est effectuée en excitant le transducteur 34 qui émet une onde ultrasonore se propageant dans le boulon 16, l'onde réfléchie par l'extrémité libre dudit boulon étant détectée par les moyens de réception du transducteur 34 avant d'être transmise par les conducteurs 41, 42 et le collecteur tournant 36 à des moyens de mesure inclus dans les moyens 12 et qui ne seront pas décrits dans le détail.La première mesure ou mesure de la précharge consiste à mesurer le temps T aller et re o tour de l'onde ultrasonore dans le boulon 16. Il va de soi qu'au lieu de mesurer un aller et retour, on peut mesurer plusieurs aller-retour jusqu'à la dissipation complète de l'6nergie ultrasonore émise. Par la suite, lors du serrage du boulon 16, on procède d'autres mesures des trajets allerretour d'ondes ultrasonores soit en continu, pendant le serrage, soit en discontinu, à certains degrés du serrage. -Pendant le serrage, le temps T0 croit en raison de l'allongement du boulon et de l'augmentation du niveau de contrainte au sein du boulon, pour devenir TF. La variation du temps de parcours TF-Tot pour une configuration d'assemblage donnée, permet alors de qualifier la tension F appliquée. Les différentes mesures des temps de parcours TF sont possibles grâce au fait que le transducteur 34 est fixe par rapport à la tête 17abien qu'il soit tournant par rapport aux moyens de mesure fixes 12. L'absence de mouvement relatif entre le transducteur 34 et la tête 17a permet d'émettre et de recevoir les ondes ultrasonores en continu, la transmission électrique des informations pour la mesure des temps de parcours étant effectuée par le collecteur tournant 36. La possibilité de suivre la tension de serrage au cours du serrage permet d'introduire avec précision la tension de serrage désirée dans l'assemblage considéré, puisqu'il est possible de stopper le serrage lorsque le temps mesuré en continu atteint une valeur de consigne dépendant de ladite tension de serrage F. Par ailleurs, il faut noter que les moyens de serrage étant reversibles, il est également possible, lors d'un desserrage du boulon, de déterminer avec exactitude la tension résiduelle. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation de l'exemple décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de serrage et de mesure par ultrasons de tensions de serrage développées dans au moins un organe d'assemblage, du type comprenant un transducteur à ultrasons qui est en contact sur l'organe d'assemblage à serrer et qui est relié à une source d'alimentation fixe, ledit transducteur étant apte à émettre des ondes ultrasonores et à recevoir lesdites ondes après leur réflexion à une extrémité dudit organe d'assemblage, des moyens de mesure des temps de parcours desdites ondes dans ledit organe d'assemblage, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de serrage, connus en soi, dans lesquels est disposé un corps percé d'un alésage pour la réception et la mise en place dudit transducteur sur ledit organe d'assemblage, ledit corps étant solidaire en rotation des moyens de serrage et comportant à son extrémité inférieure un organe de serrage, tandis que ledit transducteur tourne avec l'organe d'assemblage au cours du serrage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transducteur est logé dans un manchon de protection creux coaxial au corps. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le manchon de protection est sollicité vers une position basse par un ressort. 4. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le transducteur est relié à la source d'énergie et aux moyens de mesure des temps de parcours des ondes ultrasonores par l'intermédiaire d'un collecteur tournant. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un ressort de poussée maintient le transducteur en contact sur l'organe d'assemblage pendant le serrage. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyensde limitation de déplacement axial pour le transducteur. 7. Dispositif selon la revendication 1, ca ractérisé en ce que le corps comprend une partie inférieure de plus petit diamètre pour la réception de douilles de serrage amovibles, et des moyens de maintien desdites douilles sur ladite partie inférieure. 8. Dispositif selon la revendication 1, ca racterisé en ce qu'un boîtier creux dans lequel est logé un support pour le collecteur tournant, et qui est pourvu de moyens de connexion reliant les moyens d'alimentationet de mesure extérieurs au collecteur tournant, ledit support étant fixé au corps tournant. 9. Dispositif selon la revendication 1, ca ractérisé en ce que ledit corps comprend une denture extérieure périphérique coopérant avec un cliquet des moyens de serrage. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'alésage du corps tournant comprend plusieurs parties de sections circulaires différentes, une première partie de plus grand diamètre servant au logement au moins en partie du collecteur tournant, une deuxième partie pour la réception de la partie la plus large du manchon de protection et une troisième partie pour le logement de la partie de plus petite dimension dudit manchon de protection.