Brevet FR2542657A1 — publié le 19840921

2542657. La présente invention est relative aux outillages de serrage tels que les clés, tournevis ou autres au moyen desquels l'on peutserrer des pièces avec un couple prédé- terminé Ces outillages appelés dynamométriques sont con- nus depuis longtemps et on a tenté de les perfectionner dans le sens d'une utilisation plus pratique en prévoyant dans l'outil des moyens d'affichage électroniquespar exemple par diodes électro-luminescentes, permettant de rendre directement lisible la valeur du couple réellement appliqué à la pièce à serrer. Ces outils,bien que plus pratique que les clés entièrement mécaniques, ont conservés certains inconvé- nients. Tout d'abord, le circuit électronique nécessite une alimentation qui, du fait du peu de place dont on dispose dans l'outil, ne peut être encombrante De la sorte, l'autonomie de l'outil sur le plan de l'alimenta- tion en énergie électrique est faible En second lieu, l'affichage étant réalisé derrière une fenêtre du manche de l'outil, il est souvent caché à la vue pendant son uti- lisation à des endroits peu accessibles Ceci est particu- lièrement gênant dans le cas des tournevis que l'on fait tourner lors du serrage. Ainsi, le cas o lors de l'utilisation, l'affi- chage est facilement visible pour l'utilisateur ne se pré- sente finalement que rarement. L'invention a pour but de remédier à ces incon- vénients. 254265 f 7 Elle a donc pour objet un appareil de serrage dynamométrique comprenant un outil de serrage tel qu'une clé, tournevis ou autre, le couple de serrage étant capté et affiché pour permettre le contrôle du couple exercé sur la pièce à serrer, caractérisé en ce que ledit outil comprend des moyens émetteurs d'un rayonnement porteur d'informations concernant ledit couple et en ce que ledit outil estassocié à des moyens récepteurs dudit rayonne- ment pourvus de moyens d'affichage à distance dudit couple. Un appareil ainsi agencé permet de prévoir un dispositif d'affichage dans un boitier autonome placé à proximité du lieu de travail et recevant le rayonnement porteur des informations concernant le couple qui est appliqué à l'aide de l'outil. Le boîtier peut être placé à un endroit faci- lement visible et l'affichage avoir une dimension impor- tante du fait que l'onn'apas à imposer des contraintes de dimension pour la réalisation du boîtier Celui-ci peut comporter une alimentation par piles, voire par le secteur Quant à l'outil, les moyens d'émission peuvent être de dimensions faibles tout à fait compati- ble avec la place dont on dispose dans le manche de l'outil. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'appareil suivant l'invention. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple la Fig 1 est une vue schématique de l'appa- reil suivant l'invention, l'outil étant une -clé de serrage; la Fig 1 A montre schématiquement l'agence- ment des sources de rayonnement disposés dans l'émetteur; : 2 '542657 la Elg 2 montre une vue en perspective d'un outil utilisable selon l'invention et cons- titué par un tournevis; la Fig 3 est un schéma simplifié de l'émetteur logé dans l'outil; la Fig 4 est un schéma simplifié du récep- teur logé dans le boîtier; la Fig 5 est un organigramme de certaines fonctions réalisées dans l'émetteur; la Fig 6 montre un chronogramme des émis- sions des outils de plusieurs appareils suivant l'invention, utilisés dans un même local; - Sur la Figure 1, on a représenté un appareil de serrage dynamométrique suivant l'invention. Cet appareil comporte un outil 1, dont la partie mécanique peut être conçue suivant la technique antérieure, ses caractéristiques ne faisant donc pas partie de l'invention Le manche de cet outil est de sec- tion carrée ou rectangulaire dont chaque face latérale reçoit, tout au moins dans l'exemple décrit, desdiodes émettrices * 3 a et 3 b Le manche est également pourvu d'un clavier 4 comprenant des touches de sélection, une touche de marche-arrêt 5 et une touche de test 6. La Fig 1 Amontre que les deux diodes 3 a et 3 b qui sont respectivement montées dans les quatre faces du manche:2 sont disposées à 900 l'une de l'autre et elles émettent dans un cône d'ouverture de 90 Le diagram- me de rayonnement est donc omnidirectionnel Bien entendu, d'au- tres disositifs d'émission sont possibles tels que par exemple un tube rond ou autre. De préférence, le rayonnement utilisé se situe dans le domaine des infrarouges, à une longueur d'onde qui peut être choisie entre 200 et 1200 nm, par exemple. S 542657 Un circuit électronique ainsi qu'une source d'alimentation sont logés dans le manche 2 mais ces éléments n'ont pas été représentés sur la Fig 1. L'outil 1 est associé à un boîtier 7 de réception de rayonnement et d'affichage Ce boîtier renferme des diodes réceptrices du rayonnement émis par les diodes émettrices 3 a et 3 b D ces diodes réceptri- ces 8 a et 8 b étant placées derrière des fenêtres 9 aménagées dans la surface supérieure de l'appareil Il est également possible d'utiliser une seule diode rece- vant le rayonnement dans un cône de 1200 environ. Dans l'exemple décrit et représenté, le rayon- nement présente une longueur d'onde située dans la gamme des infra-rouges. Le boîtier 7 comporte également une fenêtre d'affichage 9 pourvue d'un dispositif d'affichage quel- conque connu dans la technique, Des diodes électro- luminescentes ou des cristaux liquides peuvent convenir par exemple Sur ce boîtier sont également prévus une diode électro-luminescente 10 qui s'allume dans cer- taines conditions de fonctionnement de l'appareil, un haut-parleur 11 qui produit un son également dans cer- taines conditions de fonctionnement, un bouton de réglage de volume 12 pour le haut-parleur 11, un sélecteur de consignes 13 à quatre positions par exemple, un jeu 14 de boutonsde verrouillage des consignes, un bouton de marche-arrêt 15, un bouton de test 16, un bouton de programmation 17 et un sélecteur 18 de changement des unités affichées par l'appareil Le boîtier 7 peut être par ailleurs, muni d'une alimentation secteur associée ou non à une batterie ou analogue permettant son fonc- tionnement autonome. La Fig 2 représente un autre outill A cons- titué par un tournevis Ce dernier est muni des mêmes éléments que la clé de la Fig 1 à ceci près que les diodes émettrices sont disposées dans une zone d'émission 19 permettant un rayonnement latéral sur 3600 du tour- nevis. La Fig 3 représente un schéma simplifié du circuit de l'émetteur placé dans l'outil 1 Ce dernier comporte des capteurs 20 du couple appliqué, le signal de sortie de ces capteurs étant transmis à un amplifica- teur différentiel 21 Ce dernier est connecté par sa sortie à un circuit de traitement 22 qui comporté de préférence un micro-processeur Les fonctions assurées par le circuit de t-raitemént 22 sont les suivantes Tout d'abord, il assure la conversion des valeurs analogiques fournies par l'amplificateur diffé- rentiel 21 en des valeurs numériques susceptibles d'être traitées par le micro-processeur Ce dernier assure le codage des valeurs numériques ainsi obtenues en une suite d'impulsions modulées en position On verra par la suite que le message préparé dans l'émetteur est composé de paquets de trains d'onde, chaque paquet com- prenant une partie d'identification de l'outil en ques- tion ainsi qu'une partie numérique représentant notamment la valeur du couple appliqué par l'outil à une pièce à serrer Au cours de la phase de préparation d'un serrage, la partie du paquet contenant une valeur numérique repré- sentant un couple peut être une valeur de consigne que l'utilisateur peut choisir à l'aide de son clavier 4 et qui est alors émise, puis reçue et mise en mémoire dans le boîtier 7. 854265 ? Les trains d'impulsionspréparés dans le cir- cuit de traitement 22 sofit appliqués à un étage de puissance 23 commandant,au rythme des impulsions re- çues, les diodes émettrices 3 a et 3 b par un signal tout ou rien. Bien entendu, le circuit de traitement est relié au clavier 4, au bouton de test 6 et à un circuit d'alimentation 24 par l'intermédiaire du bouton marche-arrêt 5 Le micro-processeur est associé à un circuit séquenceur 25 qui permet d'assurer que l'émet- teur ne fournit un signal de sortie que lorsque cela est strictement nécessaire Le mode de fonctionnement assuré par ce séquenceur sera expliqué par la suite à propos de la Fig 5. De préférence, le circuit de traitement 22 coaporte des moyens permettant de vobuler les impulsions En effet, si plusieurs appareils suivant l'invention sont utilisés dans un même local, il est important que les signaux - provenant de différents émetteurs ne puissent pas inter- férer et le fait de vobuler le signal permet de limiter le brouillage entre plusieurs émissions. La Fig 4 représente un schéma simplifié du circuit logé dans le boîtier 7 Ce boîtier comporte tout d'abord un circuit 26 destiné à mettre en forme lée signaux qui lui sont appliqués par l'intermé- diaire des diodes -8 a et 8 b Les signaux mis en forme sont transmis à une unité de traitement et de décodage 254265 ? 27 qui est réalisé de préférence sous forme d'un micro-processeur Ce micro-processeur est connecté aux divers organes commandés par les boutons qui ont été énumérés ci-dessus lors de la description du boîtier 7. Entre l'unité de traitement 27 et le circuit d'affichage 9 est prévue une interface 28 de type classique destinéeà convertir les signaux de sortie de cette unité en des signaux propres à être affichés par les éléments d'affichage tels que ceux comprenant des diodes électro-luminescentes, par exemple Le boîtier 7 comporte également un circuit d'alimentation 29 ainsi qu'un séquenceur 30. Il est également possible de prévoir dans l'unité de traitement 27 une sortie particulière 31 destinée à la transmission des informations recueillies par l'unité vers un appareil d'enregistrement 32 exté- rieur à l'appareil Cet appareil d'enregistrement peut éventuellement recevoir les informations provenant de plusieurs appareils suivant l'inventionplacés dans un même local ou atelier par exemple. Le fonctionnement de l'appareil suivant l'invention est le suivant Lorsqu'un utilisateur désire appliquer un couple donné à une pièce à serrer, il sélectionne ce couple à l'aide du clavier 4 moyennant quoi le circuit émetteur de la fig 3 procède à l'émis- sion d'un train d'impulsions représentant d'une part l'identification de l'outil et d'autre part la valeur 54 1657 de ce couple Ce couple qui est ensuite considéré comme la consigne,est reçu dans le bottier 7 et mémorisé dans l'unité de traitement 27 o Il est également mémorisé dans le circuit de traitement et de commande 22 de l'émetteur Bien entendu, la valeur de consigne peut être affichée par le dispositif d'affichage 9 sur le boîtier 7. Une partie du programme mis en oeuvre dans le circuit de traitement 22 est illustré par l'organigramme de la Fig 5, ce programme étant exécuté lorsque l'uti- lisateur procède au serrage de la pièce jusqu'au couple de consigne qui vient d'être mémorisé tant dans l'outil 1 que dans le boltier 7. Au cours du serrage, le programme effectue plusieurs tests pour savoir si le couple appliqué cor- respond à 10 %, à 50 %, à 80 %, et enfin à 100 % du couple de consigne programmé. Le micro-processeur du circuit de traitement 22 est capable de commander le séquenceur 25 de telle manière qu'il verrouille le fonctionnement des capteurs 20 pendant des périodes de temps prédétermi- nées, la longueur de ces périodes étant dautant plus courte que la valeur du couple de serrage s'approche de la valeur du couple de consigne Ainsi, à chacun des pourcentages que l'on vient de mentionner, le séquenceur commande des mesures qui sont espacées dans le temps, respectivement de 500 ms, de 100 ms, de 50 ms et de 20 ms, par exemple. A cet effet, le circuit de traitement comporte quatre organes de minutage qui peuvent être par exemple matérialisés dans des registres du microprocesseur de ce circuit, ces registres étant décrémentés au rythme d'une horloge de base qui fait partie de ce der- nier Avant d'être décrémenté, chacun des registres con- tient une valeur qui, compte tenu de la fréquence d'horloge, établit l'une des périodes de temps mention- nées ci-dessus. L'organigramme de la Fig 5 fait également apparaître une autre particularité de l'invention qui permet d'éviter que, lorsque l'utilisateur relâche son effort au cours d'une procédure de serrage, le processus retombe immédiatement à une vitesse d'analyse trop faible, ce qui pourrait être dangereux pour l'élément en -cours de serrage au cas o l'utilisateur effectuerait un mouvement brusque En d'autres termes, lorsque l'un quelconque des pourcentages mentionnés ci- dessus est franchi une première fois, une période de temps d'une longueur prédéterminée(de secondes par exemple) est déclenchée et le programme fait alors en sorte que, pendant cette période, la suc- cession des mesures est espacée dans le temps d'un intervalle qui correspond à celui établi avant que ces secondes ne commencent. Dans le micro-processeur du circuit de trai- tement 22, on prévoit donc d'autres registres de minu- tage 37, 38 et 39 capables d'établir une période de temps prédéterminée ( 5 secondes par exemple) en fonction de la fréquence Ode l'horloge de base. Le programme se déroule ainsi de la façon suivante selon l'organigramme de la Fig 5 -Au début d'un processus de serrage, le couple appliqué est, bien entendu, inférieur à 10 % du couple de consigne et, pendant que le couple de serrage reste en dessous de 41425 ? cette valeur, un test est effectué en 40 pour savoir si le couple de serrage devient égal à 10 % du couple de consigne Si le test est négatif, le programme effec- tue en 41 un test TF = O ? pour savoir si le minuteur 37 a atteint la valeur zéro Si ce test est positif, le programm démarre l'organe de minutage 33 et le séquen- ceur 25 est commandé de telle façon que les mesures de couple soient espacées de la durée fixée par l'organe de minutage en question, c'est-à-dire, 500 millisecon- des dans l'exemple. Dès que la valeur du couple de serrage dépasse % du couple de consigne, le test en 40 reçoit une réponse positive et le programme passe alors à un test 42 C > Cp pour savoir si le couple de serrage est supé- rieur ou égal au couple de consigne Si le test est négatif, le programme effectue un autre test en 43 pour constater si le couple de serrage est supérieur ou égal à 80 % du couple de consigne et si ce test est également négatif, un autre test en 44 est effectué pour consta- ter si le couple de serrage est égal ou supérieur à 50 % du couple de consigne Si la réponse à ce test est éga- lement négative, le minuteur 37 est mis en marche pen- dant une durée fixée ici à 5 secondes Au bout de la période de temps fixée par l'organe de minutage 37, deux tests successifs en 45 et 46 sont effectués pour savoir si les organes de minutage TD, TE sont arrivés à la valeur 0 Si le premier test s'avère positif, le second est effectué et si le second reçoit une réponse positive a son tour, le séquenceur 25 est commandé par l'intermédiaire du circuit de minutage 34 pour établir un espacement entre les mesures de 100 millisecondes - Si ce dernier test en 46 reçoit une réponse négative, le même séquenceur est commandé pour espacer les mesures de 50 millisecondes grâce à l'organe de minuta- ge 35 Si, par contre, le test en 45 reçoit une réponse négative, l'organe de minutage 36 est démarré pour espacer les mesures de 20 millisecondes seulement Ceci signifie que le couple de serrage dépasse 80 % du cou- ple de consigne Si le test en 43 reçoit une réponse positive, les trois organes de minutage 37, 38, 39 sont mis en marche pendant 5 secondes pour maintenir dans tous les cas un intervalle de temps entre les mesures de 20 millisecondes. Lorsque la réponse au test effectué en 42 est "loui", le couple appliqué est égal au couple de consi- gne et un signal est délivré, qui, par l'intermédiaire des diodes d'émission et de réception et les circuits du boîtier 7, déclenchent le haut-parleur 11 et/ou la diode de signalisation 10. Pendant tout ce processus, les diodes émettrices 3 a et 3 b de l'outil transmettent des paquets de-don- nées aux intervalles fixés en fonction du couple appli- qué, par les organes de minutage 33 à 36, aux diodes réceptrices 8 a et 8 b, chaque paquet étant formé par une partie d'identification et une partie numérique repré- sentant la valeur du couple appliqué Celle-ci est en permanence visible sur l'affichage 9. Sur la Fig 6, on a représenté un chronogramme des signaux émis par deux outils appartenant à des appa- reils suivant l'invention placés dans un même local ou à proximité l'un de l'autre de telle sorte que leurs signaux transmis puissent être reçus par les boîtiers 7 des deux appareils. Au cours d'une émission, chaque outil émet des p Gauets d'impulsions ?, P, P etc et P 1 Pb 1 c a-V b-i Pc etc- composés chacun d'une partie d'identifica- c 1 ' tion ID et d'une partie numérique,g 4 représentant la valeur d'un couple de consigne à transmettre ou d'un couple appli- que, mesuré à l'instant considéré. Les intervalles entre les paquets d'impulsion Ta, Tb, Tc I etc et Ta Tb Tclt etc ne sont pas constants mais variables de façon aléatoire sur une pério- de impliquant l'émission de seize paquets successifs d'impulsions Ainsi, l'intervalle T peut durer 5 ms, a l'intervalle Tb, 7 ms, l'intervalle Tc C ms, etc, les memes intervalles étant de nouveau successivement établis après émission de 16 paquets d'impulsions Comme la répar- tition des intervalles est aléatoire pour chaque outil, la probabilité d'une émission simultanée de paquets d'impul- sions par deux outils se trouvant à proximité est faible, et dans l'hypothèse o une telle émission a néanmoins lieu, les unités de traitement 37 des boltiers 7, inter- prêteront les signaux reçus comme étant faux La coinci- dence de deux paquets d'impulsions provenant de deux outils ne peut donc nuire à une transmission fidèle des informa- tions puisque les paquets d'impulsions suivants auront une probabilité de coincidence extrêmement faible. Les impulsions de chaque paquet d'impulsions sont modulées en position pour transmettre le numéro d'outil et la valeur de couple considérée; leur durée peut être de Es, par exemple. '42657 -R E V E N D I C A T I O N S- 1 Appareil de serrage dynamométrique compre- nant un outil de serrage ( 1) tel qu'une clé, un tourne- vis ou autre le couple de serrage étant capté et affi- ché pour permettre le contrôle du couple exercé sur la pièce à serrer, caractérisé en ce que ledit outil ( 1) comprend des moyens ( 3 a, 3 b, 22) émetteursd'un rayonne- ment porteur d'informations concernant ledit couple et en ce que ledit outil ( 1) est associé à des moyens récep- teurs ( 7, 8 a, 8 b, 27) dudit rayonnement pourvus de mo- yens d'affichage ( 9) à distance dudit couple. 2 Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens émetteurs comportent des diodes ( 3 a et 3 b) émettrices dudit rayonnement, lesdits moyens récepteurs comportent au moins une diode (Sa, 8 b) réceptri- ce dudit rayonnement, et en ce que ces diodes travail- lent dans le domaine des infrarouges, de préférence à une longueur d'onde choisie dans la gamme de 200 à 1200 nm. 3 Appa Feil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que, dans le cas o l'outil est une clé à manche ( 2) de section carrée ou rectangulaire, lesdites diodes émettrices ( 3 a, 3 b) sont disposées dans les faces laté- rales dudit manche ( 2). 4 Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que chaque face du manche ( 2) de l'outil ( 1) comprend deux diodes disposées de manière à émettre dans un cône dont l'angle au sommet est de 90 . Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que dans le cas o l'outil est un tournevis ( 1 A) à manche approximativement cylindrique, lesdites diodes émettrices sont disposées dans le manche de celui-ci de manière à émettre dans un plan sur un angle de 3600. 6 Appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que ledit outil ( 1,l A) comporte des capteurs ( 20) pour l'acquisition du couple appliqué à la pièce à serrer, un amplificateur différen- tiel ( 21) connecté auxdits capteurs ainsi qu'un circuit de comrmande et de traitement ( 22) raccordé audit amplifi- cateur ( 21) et destiné à assurer la conversion des signaux analogiques fournis par ce dernier en des signaux numéri- ques et,à mettre des signaux sous une forme propre à l'émission, sous la commande d'un circuit séquenceur ( 25) et en ce que la sortie du circuit de commande et de traitement ( 22) est connectée auxdites diodes émettrices par l'intermédiaire d'un étage de puissance ( 23). 7 Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'un clavier ( 4) monté dans l'outil est connecté audit circuit de commande de traitement ( 22) pour permet- tre la fixation d'un couple de consigne à atteindre lors du serrage d'une pièce. 8 Appareil suivant l'une quelconque des revendi- cations 2 à 7, caractérise en ce que lesdits moyens émetteurs comprennent un circuit récepteur ( 26) pour la mise en for- me des signaux reçus par la ou les diodes réceptrices ( 8 a, 8 b), une unité de traitement ( 27) raccordée au cir- cuit récepteur et destinée à interpréter les signaux ainsi mis en forme en vue de leur affichage, des moyens de si- gnalisation ( 10, 11) pour fournir un signal perceptible lorsque le couple appliqué par ledit outil ( 1, 1 A) atteint une valeur de consignepréalablement choisie, des moyens d'affichage ( 9, 28) et un circuit séquenceur ( 30) pour coordonner les opérations exécutées dans ladite unité de traitement. 9 Appareil suivant la revendication 8 lorsqu'elle dépend de la revendication 7, caractérisé en ce que ladite unité de traitement ( 27) comporte des moyens ( 14) pour enre- gistrer plusieurs couples de consigne choisis par l'in- termédiaire dudit outil et des moyens ( 13) pour sélec- tionner successivement des couples de consigne ainsi mé- morisés pour le serrage d'une pièce devant être serrée avec la valeur du couple de consigne sélectionné. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que ledit circuit de commande et de traitement ( 22) ainsi que ledit séquen- ceur ( 25) sont réalisés par un microprocesseur. 11 Procédé pour la mise en oeuvre de l'appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'il consiste à engendrer et émettre dans ledit outil ( 1, l A) des pa- quets d'impulsions comprenant chacun une partie repré- sentant le code de l'outil considéré et une partie re- présentant le couple appliqué à la pièce à serrer, et en ce qu'il consiste à émettre les paquets d'impulsions successifs à des intervalles aléatoirement déterminés sur une période de temps prédéterminée et répétitive. 12 Procédé suivant la revendication il, caractérisé en ce qu'il consiste à émettre lesdits paquets d'impulsions à une fréquence d'impulsions vobulée, les impulsions successives étant modulées en position pour la trans- mission du signal utile. 13 Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 11 et 12, caractérisé en ce qu'il consiste à mémoriser avant le serrage de la pièce un couple de consigne (Cp à comparer ce couple de consigne à la valeur du couple (C) effectivement appliqué à la pièce à serrer, et à effectuer des mesures successives de ce couple appliqué à des intervalles successifs dont les longueurs diminuent au fur et à mesure que-la valeur du couple appliqué (C) se rapproche du couple de consigne (C p). t Z 42657 14 Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la diminution des intervalles séparant des mesures successives du couple appliqué (C) est réalisée chaque fois qu'un pourcentage prédéterminé du couple de consi- gne (Cp) est atteint. Procédé suivant la revendication 14, caractérisé en ce qu'il consiste également à retarder la réduction de l'intervalle entre deux mesures pendant une période de temps prédéterminée après que le pourcentage actuel du couple de consigne soit atteint.