Brevet FR2683903A1 — publié le 19930521

DISPOSITIF CAPTEUR A ULTRASONS POUR MESURE DE TENSION DANS LES VIS L'invention concerne un dispositif capteur à ultrasons pour mesure de tension dans les vis. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif capteur à ultrasons monté sur l'arbre porte-outil d'une visseuse. La publication SU-A437537 décrit une tête de machine-outil dont la configuration permet la concentration de l'énergie ultrasonore dans un convertisseur piézo-électrique porté par une douille rotative et la transmission des oscillations amplifiées à un outil solidaire de ladite douille. On connaît par ailleurs les applications techniques des ultrasons pour mesurer la tension dans une vis dont la valeur représente l'effort de serrage axial de celle-ci. A cet effet, l'onde ultrasonore émise par un palpeur placé sur la tête de la vis, transite par le corps de la vis et se réfléchit sur son extrémité pour être captée par le palpeur faisant office de réception de l'onde ultrasonore. A tension nulle, le temps de parcours (to) de l'onde ultrasonore est une constante de la vis. Lorsque l'on soumet la vis à un couple de serrage, la vis est soumise à un effort d'allongement. Le temps de parcours (t) augmente d'une part sous l'effet de l'allongement de la vis et d'autre part sous l'effet d'une diminution de la vitesse des ultrasons dans la partie de la vis mise sous tension. La tension F dans la vis est alors définie par la relation linéaire F = A (t-to) Le problème non résolu sur les dispositifs de vissage réside dans le fait qu'ils ne permettent pas de mesurer d'une manière simple la tension dans la vis. L'invention a pour objet une solution au problème précité en proposant un dispositif capteur à ultrasons d'un maniement simple et peu coûteux susceptible d'être monté sur l'arbre d'une visseuse. Selon l'invention l'outil de vissage contient un capteur à ultrasons branché sur un contact tournant alimenté au travers d'une bague extérieure fixe et l'ensemble du dispositif est avantageusement rapporté à l'extrémité de l'arbre d'une visseuse et immobilisé en rotation au niveau de ladite bague extérieure. Le dispositif réalisé sous la forme d'une douille de montage peut être aisément adapté à toute visseuse existante sans transformation préalable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un exemple de réalisation du dispositif faite en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une représentation schématique de l'implantation d'une chaîne de mesure des tensions dans les vis faisant application d'une source à ultrasons et d'une visseuse. - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'une douille de montage équipée du dispositif capteur à ultrasons destinée à être montée sur l'arbre de la visseuse représentée à la figure 1. La visseuse 10 représentée au dessin possède un corps 1 1 et un arbre 12 sur lequel est monté un dispositif à ultrasons 13. Le dispositif capteur décrit plus en détail sur la figure 2 comporte un outil de vissage 14 monté à l'extrémité libre d'une douille 15 rapportée sur l'arbre 12. La chaîne de mesure des tensions dans les vis est constituée par un émetteur-récepteur 16 des signaux ultrasonores incluant une unité de comptage du temps de parcours des signaux. La chaîne de mesure est pilotée à titre d'exemple par un ordinateur 18. L'ordinateur 18 communique des ordres d'émission et exploite les mesures de temps transmises par ltémetteur-récepteur 16. La visseuse est pilotée par ailleurs par un coffret d'asservissement 19. En se référant plus particulièrement à la figure 2, un palpeur 20 capable de transmettre et de recevoir un signal ultrasonore est monté sur l'outil 14. Le palpeur 20 est monté élastiquement par un système à ressort 21 entre un épaulement axial de l'outil 14 et la vis V. Le palpeur 20 débouche dans ce cas dans le fond de l'empreinte 22 de l'outil 14 et repose élastiquement sur la tête de vis au cours du serrage de celle-ci. L'outil 14 et le palpeur 20 sont montés à l'extrémité libre d'une douille 15 rapportée sur l'arbre 12 de la visseuse par un embout 25. La douille 15, formée par un tronçon d'arbre creux tournant est traversée par un câble 26 branché sur des contacts tournants 30 en platine au travers d'un orifice radial 27 de la douille 15 et d'une bague isolante 28, solidaires l'une de l'autre. Le contact 30 est alimenté au travers d'une bague extérieure 31 immobilisée en rotation et montée sur la douille 15. Le contact 30 est lui-même réalisé sous la forme de deux éléments tubulaires en platine 32 rotatifs collés sur la bague 28 qui sont au contact d'anneaux conducteurs 33, logés dans deux gorges 34 de la bague 31. Selon la figure 2 les anneaux conducteurs sont constitués par des anneaux liquides de mercure introduits au travers d'orifices radiaux 35 de la bague 31 et fermés par des bouchons vissés étanches 36. Ces deux contacts correspondent aux deux polarités du circuit électrique. Un autre orifice radial 37 reçoit un contact vissé branché sur l'émetteur 16. L'anneau conducteur 33 est monté entre deux joints d'étanchéité 40 en contact avec l'élément tubulaire 32 et est au contact du fil d'alimentation 41 branché sur l'émetteur 16 d'ultrasons. La douille 15 est par ailleurs montée sur deux paliers 45, 45' rendus étanches par deux joints 46 montés en appui axial sur des couvercles vissés 47 d'immobilisation axiale des paliers 45, 45'. Les paliers 45, 45' sont disposés dans des lamages 50 de la bague 31 et sont réalisés par des roulements à billes dont la bague extérieure est au contact des couvercles 47 et dont les bagues intérieures sont respectivement en appui sur la partie épaulée d'un tube d'ajustement 51 et sur la bague isolante 28. Pour la mesure de la tension de la vis, le capteur 20 est excité par l'impulsion électrique émise par le générateur d'ultrasons 16. L'onde vibratoire qui se propage dans la vis se réfléchit sur l'extrémité de la vis, puis est reçue par le capteur 20 qui la retransforme en énergie électrique. La comparaison des temps de parcours de l'onde sur une vis à l'état libre et une vis chargée permet de déterminer la tension de la vis. REVENDICATIONS 1") Dispositif capteur à ultrasons pour mesure de tension dans les vis constitué par une douille rotative (15) formée par un arbre creux tournant et un outil de vissage (14) monté à l'extrémité dudit arbre (15), caractérisé par le fait que l'outil de vissage (14) contient un capteur à ultrasons (20) branché sur un contact (30) tournant alimenté au travers d'une bague extérieure (31) fixe montée sur ladite douille (15). 2") Dispositif capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le contact (30) tournant est réalisé sous la forme d'un élément tubulaire (32) rotatif au contact d'un anneau conducteur (33) logé dans une gorge (34) de la bague extérieure (31). 3 ) Dispositif capteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'anneau conducteur (33) est un anneau de mercure, monté entre deux joints d'étanchéité (40) en contact avec l'élément tubulaire (32), au contact duquel arrive un fil d'alimentation (41) branché sur un émetteur (16) d'ultrasons. 4 ) Dispositif capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la douille rotative (15) est montée sur des paliers (45, 45') étanches disposés dans des lamages (50) de la bague extérieure (31) fermés par des couvercles (47) de protection associés à des joints d'étanchéité axiale. 5 ) Dispositif capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est rapporté à l'extrémité de l'arbre d'une visseuse et immobilisé en rotation au niveau de la bague extérieure (31).