Brevet FR2550982A1 — publié le 19850301

Clé de serrage avec contrôle par ultra-sons de la tension de serrage. La présente invention concerne une clé pour le serrage d'éléments d1assemblage,tels que boulons, vis ou goujons, ladite clé comportant un ensemble transducteur à ultra-sons, incorporé à la clé, pour mesurer l'effort de serrage appliqué au boulon ou analogue. La méthode connue, dite "ultra-sonore", pour la mesure des tensions de serrage (précharse outen- sion résiduelle) est une méthode impulsionnelle 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 aui détecte l'onde réfléchie par l'extrémité libre du boulon, opposée à la tête. Le transducteur est en fait un émetteur-récepteur de l'onde transitant dans le boulon. Le parcours de l'onde ultra-sonore n'est pas limité à un seul trajet aller-retour dans le boulon mais peut comprend dre de multiples trajets jusqu'à dissipation de l'énergie émise. Le temps de parcours de l'onde ultra-sonore est mesuré et enregistré par un appareil de mesure approprié. Ce temps étant affecté par l'allongement du boulon (accroissement du parcours) et, d'autre part. par l'état de contrainte au sein du boulon (diminution de la vitesse des ondes ultra-sonores), on peut donc en déduire l'état de tension du boulon, ou élément d'assemblage analogue. Pour permettre une mesure continue de la tension de serrage, au cours du serrage lui-même du boulon, il a été proposé d'incorporer à un dispositif de serrage, par exemple une clé, un ensemble transducteur ultra-sonore qui vient s'anpliquer contre la tête du boulon à serrer dès que la clé coiffe cette tête. Une telle clé présente de grands avantages par rapport à une clé dynamométrique usuelle car elle donne une bien meilleure précision sur la précharge lors du serraqe et elle permet de mesurer les tensions résiduelles de serrage. Les résultats sont particulièrement avantageux lorsque le dispositif de serrage fait partie d'une installation fixe.Mais dans le cas où l'ensemble transducteur ultra-sonore est incorporé à une clé portative actionnée manuellement, il arrive, au cours de la manoeuvre de la clé, que le contact entre la tête du transducteur et la tête du boulon ne se fasse pas Parfaitement à plat, ce qui entraîne des imprécisions dans la mesure. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient et due permettre l'incorporation, dans une clé de serrage manuelle, d'un ensemble transducteur ultra-sonore dont la tête s'applique toujours en contact parfait sur la tête du boulon, ou analogue, à serrer, même si l'opérateur fait pencher la clé, par rapport à sa position idéale, au cours du serrage. L'invention a pour objet une clé de serrage qui comporte : un corps creux tournant terminé à une extrémité par un organe de serrage, tel qu'une douille à 6 pans pour le serrage d'un boulon ; un organe d'actionnement de la clé, tel qu'un levier ou une poignée relié mécaniquement audit corps creux et un ensemble transducteur ultra-sonore logé dans la cavité dudit corps creux, ledit ensemble étant relié audit corps creux par un système de liaison rotulaire autorisant un débattement angulaire de l'axe longitudinal de l'ensemble transducteur par rapport à l'axe longitudinal du corps creux de la clé, mais solidarisant en rotation ledit ensemble par rapport au corps creux. Grâce à ce système de liaison rotulaire, la tête du transducteur peut librement s'appliquer à plat sur la tête du boulon à serrer, même si l'opéra- teur, au cours du serrage, incline l'axe longitudinal de la clé par rapport à l'axe du boulon. Suivant une forme de réalisation préférée, le système de liaison rotulaire précité est adapté à autoriser également un déplacement, parallèlement à luimême, de l'ensemble transducteur sensiblement suivant l'axe longitudinal du corps de la clé. Le système de liaison rotulaire peut être constitué par un joint annulaire souple dont la péri phérie extérieure est fixée au corps creux de la clé, tandis que sa périphérie'intérieure est fixée à la surface extérieure de l'ensemble transducteur. Suivant une variante, le système de liaison rotulaire peut être constitue par une rotule mécanique classique, par exemple à bille ou en deux éléments (coupelle et sphère) dont un élément est lié au corps de la clé et dont l'autre élément est lié à l'ensemble transducteur. Suivant une forme préférée de réalisation, l'ensemble transducteur ultra-sonore comprend un élé- ment magnétique, ou électro-magnétique, présentant deux pôles magnétiques annulaires qui entourent la partie inferieure du transducteur ultra-sonore et qui viennent en contact avec la tête du boulon à serrer, de façon à produire un collage magnétique de l'ensemble transducteur sur la tête du boulon et à assurer un contact parfait entre la tête du transducteur et le boulon. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs modes de réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une clé de serrage suivant -l'inven- tion. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de l'ensemble transducteur ultra-sonore incorporé à la clé de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une variante de réalisation d'une clé de serrage suivant l'invention. On a représenté sur la figure 1 une clé de serrage classique, du type à cliquet réversible" qui comprend : un corps tournant 2 ; un levier d'actionnement de la clé 4 ; un système de liaison à cliquet 6 entre le levier 4 et le corps 2 ; et, à l'extrémité inférieure du corps 2, un organe de serrage, tel qu'une douille interchangeable 8, adapté a s'engager sur la tete 10 alun boulon à serrer. Le corps 2 de la clé est évidé et présente une cavité intérieure 12 dans laquelle est logé l'ensemble transducteur ultrasonore 14 qui sera décrit plus en détail dans ce qui suit. Les signaux électriques recueillis par le transducteur sont acheminés par un conducteur 16 vers un collecteur tournant 18 (évitant la torsion du conducteur 16) puis vers une prise de sortie 20 d'où les signaux sont transmis,par un conducteur 22vers un bloc 24 d'alimentation et de mesure du temps de parcours des ondes ultra-sonores, qui ne fait pas partie de l'invention. L'ensemble transducteur 14 est lié au corps tournant 2 de la clé par une liaison rotulaire constituée, dans le mode de réalisation de la figure 1, par un joint annulaire 26, en matière souple dont la péri phérie extérieure, formant un bourrelet 28, est fixée à la partie inférieure du corps 2, par exemple par engagement et collage dudit bourrelet dans une gorge 30 du corps 2 (figure 2). La périphérie intérieure du joint 26 est emmanchée serree et éventuellement collée sur la surface extérieure cylindrique de l'ensemble transducteur 14. Le profil sensiblement en U, suivant un plan diamétral, du joint 26 lui permet de se déformer par roulement suivant son axe principal. Grâce à cette liaison rotulaire, l'ensemble 14 est lié en rotation avec le corps tournant 2, mais il peut osciller angulairement par rapport à ce corps et, également, se déplacer longitudinalement à l'inté- rieur du corps quand on engage la douille de serrage 8 sur la tête 10 du boulon à serrer. L'ensemble transducteur ultra-sonore 14, qui est représenté en détail sur la figure 2, constitue un bloc sensiblement cylindrique qui renferme essentiellement le capteur-émetteur 32 surmonté d'une prise de courant 34 d'où part le conducteur 16. Le capteur-émetteur 32 est guidé et protégé par un piston de protection 36, constitué par un tube en matière moulée isolante, par exemple en "Rilsan", à l'intérieur duquel peut coulisser le capteur. Le capteur 32 est de plus supporté par un support tubu laire creux 38, qui peut être collé sur la prise 34 et qui est sollicite vers le bas, c'est-à-dire dans le sens tendant à faire sortir le capteur de l'ensemble 14, par un ressort 40. Le piston de protection 36 est monté coulis- sant à l'intérieur d'une pièce cylindrique fixe 42, qui constitue le bâti intérieur de l'ensemble transducteur 14. Ce piston est sollicité vers le bas par un ressort 44 prenant appui sur une collerette 46 solidaire de la pièce 42, ladite collerette 46 étant prolongée par une partie tubulaire 48 dont l'extrémité inférieure sert d'appui au ressort 40 précité. L'ensemble transducteur 14 comporte encore une enveloppe cylindrique extérieure 50 (dont il sera question plus loin) contre-laquelle se serre et est de préférence collée la lèvre périphérique intérieure 52 du joint souple annulaire 26. Sur les figures 1 et 2, la clé est représentée dans la position de repos dans laquelle l'extré- mité inférieure du piston de protection 36 abrite le capteur-émetteur 32 des chocs accidentels. Lorsqu'on abaisse la clé vers la tête de boulon 10, pour coiffer cette tête par l'orifice à 6 pans 54 de la douille de serrage 8, l'extrémité du piston de protection 36 prend en premier appui sur la surface supérieure 56 de la tête de boulon et ce piston remonte à l'encontre du ressort 44, puis la surface inférieure 58 du capteur-émetteur 32 vient prendre appui sur la surface 56 de la tête du boulon et le capteur remonte à son tour, à l'intérieur de l'ensemble 14, à l'encontre du ressort 40.Enfin les ex trémités annulaires 60, 62 de la pièce cylindrique 42 et de l'enveloppe cylindrique 50 viennent en appui sur la surface 56, ce qui fait remonter tout l'ensemble 14 à l'intérieur de la cavité 12, à l'encontre de l'élasticité, dans le sens longitudinal du joint souple 26, jusqu'à ce que la tete 10 du boulon soit com plètement engagée dans l'orifice 54 de la douille de serrage 8. A ce moment, le serrage et la mesure de la tension de serrage peuvent commencer, la face 58 du capteur étant parfaitement plaquée sur la surface 56 par la force du ressort 40 (par exemple une force d'environ 200 gr). En même temps, l'ensemble 14 luimême est parfaitement plaqué sur la tête de boulon par appui des surfaces annulaires 60, 62 sur la surface 56 sous l'effet de l'élasticité longitudinale du joint 26, suivant l'axe longitudinal X1 de l'ensemble 14. Cet axe longitudinal X1 est donc parallèle et sensiblement confondu avec l'axe X2 du boulon (figure 2). Si, au cours du serrage, l'opérateur exerce un effort vers le haut ou vers le bas sur le levier 4, suivant la direction F1 ou F2 (figure 1), l'axe longitudinal X3 de la clé fait un angle par rapport à l'axe X2 du boulon, mais, grâce à la liaison rotulaire 26 cette inclinaison de l'axe X3 de la clé n'est pas transmise à l'ensemble 14 dont l'axe X1 reste parallèle à l'axe X2 du boulon, c'est-à-dire que le capteur 32 reste toujours parfaitement plaqué sur la tête de boulon, sans introduire aucune erreur de mesure du fait de l'inclinaison de la clé. Suivant une forme de réalisation, qui est représentée sur la figure 2, on améliore encore le placage de l'ensemble 14 sur la tête du boulon grâce à un effet de "collage" magnétique ou électromagnétique. A l'intérieur du volume compris entre la pièce cylindrique 42 et l'enveloppe extérieure 50, on dispose un bobinage électrique 64 de façon que les deux pièces 42, 50, faites dans ce cas en fer doux, constituent un électro-aimant ayant deux pôles annu laires 60, 62 dont le champ magnétique vient se fermer par contact avec la surface métallique 56 de la tête du boulon. Une bague isolante 66 ou de la résine coulée maintiennent l'écartement des deux pâles 60, 62. Grâce à cette disposition, l'ensemble 14 est très énergiquement collé sur le boulon (par exemple avec une force de 2 ou 3 kg) et peut résister, sans que la surface active 58 du capteur cesse d'être plaquée contre la tête du boulon, à des inclinaisons brusques ou prononcées (par exemple jusqu'à 15 ou 20 ) de l'axe X3 de la clé par rapport à l'axe X2 du boulon. On prévoit de préférence un système automatique de mise sous tension de l'electro-aimant 42, 50, 64 sous l'effet de l'engagement de la clé sur le boulon. Ce système peut comprendre deux contacts 68, 68' supportés par la collerette supérieure 46 de l'ensemble 14 dont l'un, 68' est relié par un conducteur 70 à une entrée du bobinage et dont l'autre, 68, est relié par un conducteur 72 à une source d'alimentation, à travers le collecteur tournant 18 (figure 1). L'autre entre du bobinage est reliée à la source par un conducteur 74. Là partie supérieure du piston protecteur isolant 36 porte une rondelle conductrice 76. A la mise en place de la clé sur le boulon, la remontée du-piston protecteur 36 amène la rondelle 76 contre les extrémités des deux contacts 68, 68' et établit la mise sous tension du bobinage 64 de l'electro- aimant. La course des différents organés coulissants de l'ensemble 14 est réglée de façon que le contact de la surface 58 du capteur 32 sur le boulon se produise avant le contact électrique de mise en route de l'electro-aimant, afin d'éviter tout choc entre la tête du boulon et le capteur. On a représenté sur la figure 3 une variante de réalisation dans laquelle le système de liaison rotulaire interposé entre l'ensemble transducteur 14 et le corps tournant 2 de la clé est un système rotulaire mécanique comprenant un premier élément annulaire à surface sphérique 78 fixé à l'enveloppe extérieure 80 de l'ensemble 14 et un deuxième élément à surface sphérique en forme de coupelle 82, avantageusement taillé dans l'extrémité inférieure du corps tournant 2. Le centre des surfaces sphériques est situé au centre de la surface inférieure 58 du capteur 32 en position de serrage sur le boulon. Le capteur 32 est maintenu appliqué à plat sur la tête du boulon par un ressort 40 logé dans l'enveloppe 80.Une liaison déformable, telle qu'un joint annulaire souple 84, solidarise en rotation l'ensemble 14 dans le corps tournant 2, sans gêner les mouvements rotulaires de l'ensemble 14 par rapport au corps tournant 2, lorsque l'opérateur incline la clé par rapport à son orientation normale. On n'a pas fait figurer sur la figure 3 un dispositif à électro-aimant analogue à celui de la figure 2, ni le cylindre de protection du capteur, mais il est bien entendu que ces dispositifs pourraient être prévus également dans cette variante. La clé décrite ci-dessus comporte des moyens de fixation du transducteur sur la tête du boulon par électroaimant qui est adapté à tout serrage sur boulon magnétique; cependant, il est évident qu'avec ou sans électroaimant, on peut assurer le serrage de tout boulon non magnétique du type acier inoxydable austénitique. La description et les dessins correspondent à une clé de serrage de type manuel; cependant les moyens mis en oeuvre peuvent être adaptés à tout moyen de serrage automatique du type visseuse monobroche ou multibroches. REVENDICATIONS 1. Clé de serrage, avec contrôle par ultrasons de la tension de serrage, qui comprend : un corps creux tournant (2) terminé à une extrémité par un organe de serrage (8) ; un organe d'actionnement (4) de la clé relié mécaniquement audit corps creux ; et un ensemble transducteur ultra-sonore (14) logé dans la cavité (12) dudit corps creux, ladite clé de serrage étant caractérisée en ce que ledit ensemble (14) est relié audit corps creux (2) par un système de liaison rotulaire (26, 78, 82, 84) autorisant un débattement angulaire, dans toutes les directions, de l'axe longitudinal (X1) dudit ensemble par rapport à l'axe longitudinal (X3) du corps creux de la clé, mais solidarisant en rotation ledit ensemble (14) par rapport au corps creux (2). 2. Clé de serrage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le système de liaison rotulaire (26) est adapté à autoriser également un déplacement linéaire longitudinal, parallèlement à lui-même, de l'ensemble (14), sensiblement suivant l'axe longitudinal (X1) dudit- ensemble. 3. Clé de serrage suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le système de liaison rotulaire est constitué par un joint annulaire souple (26) dont la périphérie extérieure (28) est fixée au corps creux (2) de la clé et dont la périphérie intérieure (52) est fixée à la surface extérieure (50) de l'ensemble (14). 4. Clé de serrage suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le joint annulaire souple-a, en coupe diamétrale, un profil sensiblement en U. 5. Clé de serrage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le système de liaison rotulaire est un système mécanique à rotule comportant au moins un élément à surface sphérique. 6. Clé de serrage suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la liaison rotulaire comprend au moins un premier élément annulaire à surface sphérique (78) entourant l'enveloppe extérieure (80) de l'ensemble (14), à laquelle il est fixé, et un deuxième élément coopérant (82), en forme de coupelle annulaire, solidaire du corps (2) de la clé. 7. Clé de serrage suivant la revendication 6, caractérisée en ce que la liaison tubulaire comprend un troisième élément (84)-de solidarisation en rotation de l'ensemble (14) avec le corps (2) de la clé. 8. Clé de serrage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'ensemble (14) comprend un circuit magnétique dont les pôles (60, 62) viennent en contact avec la tête (10) du boulon à serrer lorsque la clé est en position de serrage sur le boulon. 9. Clé suivant la revendication 8, caractérisée en ce que l'ensemble (14) comprend un électro-aimant dont l'armature est constitué par une première enveloppe cylindrique (42) et une deuxième enveloppe cylindrique (50) dudit ensemble dont les extrémités (60, 62) forment des pôles magnétiques annulaires et en ce qu'un bobinage électrique (64) est logé dans le volume intérieur compris entre lesdites enve loppes. 10. Clé suivant la revendication 9, qui comprend un cylindre de protection (36) du transducteur ultra-sonore (32), coulissant, dans ledit ensemble (14) et par rapport au transducteur (32), ladite clé étant caractérisée en ce que le cylindre de protection porte une pièce conductrice (76) qui ferme, par coopération avec des contacts fixes (68, 68'), le circuit d'alimentation du bobinage (64) de l'electro-aimant lorsque la clé est engagée sur le boulon à serrer. 11. Clé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la clé est une clé à cliquet réversible.