Brevet FR2696215A1 — publié le 19940401

La présente invention se rapporte aux éléments d'assemblage tels qu'aux vis, aux rivets, aux écrous ou aux rondelles et autres éléments analogues qui subissent, lorsqu'ils sont utilisés pour assembler deux pièces, une 5 tension de serrage Un élément d'assemblage du type visé par l'invention a un axe de symétrie et deux faces opposées sensiblement perpendiculaires à cet axe L'invention concerne également les procédés et machines d'assemblage. Les procédés utilisés jusqu'ici pour mesurer la tension de serrage de deux pièces assemblées par un élément d'assemblage utilisent, soit la mesure du couple de serrage, soit la mesure de l'angle de serrage, soit la mesure conjointe du couple et de l'angle de serrage, le cas échéant assortie d'un arrêt du serrage sur la limite élastique. Toutes ces techniques renoncent à mesurer directement la force de compression ou tension de serrage, au bénéfice de paramètres secondaires à partir desquels on espère remonter à cette tension de serrage Or, l'expérience révèle que la loi de correspondance entre ces paramètres et la tension de serrage n'est pas reproductible, de sorte que les mesures sont faussées. L'invention pallie cet inconvénient par un élément d'assemblage qui permet, notamment grâce à une machine suivant l'invention, de mesurer, exactement et avec une bonne reproductibilité, un paramètre mieux représentatif de la tension de serrage réelle et moins sujet à s'en écarter. L'élément d'assemblage suivant l'invention est caractérisé par un capteur de force, de préférence de forme symétrique, apposé sur la première face de l'élément, en ayant le même axe de symétrie que celle- ci Lors du serrage, la première face de l'élément se déforme, d'une manière bien reproductible, en fonction de la tension de serrage, de sorte que le capteur qui y est fixé fournit une indication bien représentative de la tension de serrage En mesurant la déformation de l'élément et donc déjà un résultat du serrage et non plus comme auparavant un paramètre lié à la cause provoquant le serrage, on élimine toutes les erreurs dues à un défaut de fonctionnement correct de l'appareil de serrage ou appareil de pose de l'élément. Pour obtenir une meilleure reproductibilité des résultats, il est prévu au moins trois bossages arrondis sur la seconde face de la pièce On peut tout aussi bien prévoir à cet effet une nervure, de préférence annulaire, le cas échéant subdivisé en plusieurs arcs Cette nervure ménage un point d'appui bien déterminé des pièces à serrer, par rapport à l'axe, et garantit ainsi la reproductibilité des résultats obtenus. De préférence, le capteur de force est constitué d'un support en céramique sur l'une des faces duquel sont déposées une couche métallique centrale et une couche métallique annulaire et réunies l'une à l'autre par une couche sensible à la déformation et conductrice de l'électricité, notamment une couche piézorésistive On obtient ainsi un signal électrique qu'il est aisé de traiter et de transformer en un signal représentatif de la tension de serrage Mais le capteur peut être aussi avec avantage un capteur piézoélectrique constitué, par exemple, d'un disque de matériau piézoélectrique (titanate de baryum, zirconate de plomb, quartz etc) métallisé sur ses deux faces pour former des contacts électriques. Suivant un perfectionnement, permettant d'éviter les effets d'hystérésis et garantissant ainsi une bonne reproductibilité, le module d'élasticité de la céramique constituant le support est inférieur à celui de l'élément d'assemblage Lors de la déformation de l'élément d'assemblage, le support en céramique épouse la déformation de la pièce au lieu de lui imposer une déformation plastique parasite C'est ainsi que l'invention vise notamment un capteur de force dont le module d'élasticité de la céramique est inférieur à 200 G Pa, notamment inférieur à 150 G Pa et même à 100 G Pa. Pour se prémunir encore mieux des irrégularités des efforts sur la nervure, il est avantageux que le capteur de force soit circulaire Cela se traduit par une compensation des écarts entre les efforts et par une simplification de la chaîne en aval de calcul et de mesure de la tension de serrage. Mais le capteur de force peut aussi se composer d'au moins deux capteurs unitaires dont les axes longitudinaux forment un angle entre eux A partir des signaux fournis par chacun de ces capteurs unitaires on peut, par une chaîne adéquate de calcul et de mesure en aval, retrouver un signal équivalant à celui fourni par un capteur circulaire. L'invention vise également un procédé d'assemblage de deux pièces à l'aide d'un élément d'assemblage, dans lequel on détermine la tension de serrage, caractérisée en ce qu'il consiste à déterminer la tension de serrage en mesurant la déformation de l'élément d'assemblage après l'assemblage. L'invention vise enfin une machine à assembler deux pièces ou plusieurs pièces à l'aide d'un élément d'assemblage tel que mentionné ci-dessus Cette machine comprend une douille destinée à s'emmancher sur l'élément d'assemblage et munie de deux premiers contacts électriques qui sont disposés de manière à venir respectivement en contact avec la couche métallique centrale et la couche métallique annulaire et entre lesquels est connectée une chaîne de mesure donnant un signal en fonction de la déformation du capteur, sous l'effet de la tension de serrage subie par les deux pièces. Suivant un mode de réalisation d'un très grand intérêt, la chaîne de calcul et de mesure comporte un circuit à capteur de couple, destiné à corriger le signal du signal parasite induit par le couple appliqué par une clé de serrage à l'élément d'assemblage, lors de l'assemblage des deux pièces On constate, en effet, d'une manière inattendue, que le couple appliqué par une clé de serrage fournit sur la machine un signal parasite qu'il convient d'éliminer. Pour prévenir l'influence des résistances de contacts, il est prévu une source de courant connectée entre la couche métallique centrale et la couche métallique annulaire, par deux seconds contacts autres que les premiers contacts. La chaîne de mesure peut comporter un circuit de commande de la clé de serrage interrompant la rotation de celle-ci lorsque la tension de serrage souhaitée est atteinte Grâce à cela, on peut maintenant serrer des vis, des rivets, des écrous ou autre, avec une tension de serrage prescrite, d'une manière bien reproductible. On préfère de beaucoup coller le capteur sur la face de l'élément d'assemblage, mais on peut également l'obtenir par dépôt Un procédé de fabrication d'un capteur suivant l'invention consiste à sérigraphier d'abord les contacts sur le substrat, par exemple avec une pâte argent- palladium, à sécher dans un four, puis à cuire à 8500 C environ pendant 10 minutes environ Une fois les substrats refroidis, on sérigraphie la partie résistive du capteur, puis on la sèche et on la cuit à 850 OC pendant 10 minutes environ. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple: la figure 1 est une vue en élévation d'un assemblage mettant en oeuvre un élément d'assemblage suivant l'invention, la figure 2 est une vue en coupe d'un capteur de force collé sur un élément d'assemblage suivant l'invention, la figure 3 est une vue en plan d'une variante de capteur de force, la figure 4 est un schéma d'une machine suivant l'invention, et la figure 5 est un schéma électrique illustrant une variante d'une machine suivant l'invention. la figure 6 est une vue en plan d'une variante de capteur de force. A la figure 1, deux pièces Pl, P 2 (ou deux parties d'une même pièce) à faces parallèles sont serrées entre une vis 1 et un écrou 2 d'axe de symétrie X, X' commun La vis est en acier V 300 d'Aubert et Duval comprenant en poids 0,45 % de Co, 1,48 % de Si, 0,68 % de Mn, 0,65 % de Cr et 0,24 % de No, le reste étant du fer Cet acier traité a une résistance de 1800 N/mm 2 et un module d'élasticité de 210 G Pa La tête de la vis comporte une face 3 supérieure et une face 4 inférieure sensiblement perpendiculaires à l'axe X, X' et opposées entre elles Un capteur de force 5, de forme symétrique, est collé sur la face 3 et est symétrique par rapport à l'axe X, X' La colle de moins d'un micron d'épaisseur est une colle époxy fournie par Epotechny 10 impasse Latécoère 78140 Vélizy sous le nom de EPO-TEK 353 NO. Une nervure annulaire 6 arrondie est ménagée sur la face 4. La figure 2 est une vue plus détaillée du capteur de force 5 Il est collé à la face 3 par une couche 7 de colle et se compose d'un support 8 en céramique, d'un module d'élasticité égal à 125 G Pa Sur la face du support 8 opposé à celle par laquelle il est en contact avec la couche de colle, sont constituées par sérigraphie une couche métallique 9 centrale et une couche métallique 10 annulaire, réunies l'une à l'autre par une couche piézorésistive 11 Le capteur de force a une forme circulaire. A la figure 3, le capteur de force a également une forme circulaire et il est prévu, sur l'une de ses faces, deux capteurs unitaires 12, 13 dont les axes longitudinaux forment un angle droit entre eux Les capteurs 12 et 13 ont une longueur qui est petite par rapport aux rayons de la tête de la vis, en étant inférieure par exemple au dixième de celui-ci. A la figure 6, la couche piézorésistive il du capteur de force 5 a la forme d'une spirale tournant dans le sens des aiguilles d'une montre en partant du centre Cette forme permet de corriger, au moins partiellement, l'effet du signal parasite induit par la clé de serrage se vissant dans le sens horaire. La machine représentée schématiquement à la figure 4 comporte une douille 14 destinée à s'emmancher sur l'élément d'assemblage 1 et munie de deux premiers contacts , 16, électriques, qui sont disposés de manière à venir respectivement en contact avec la couche métallique 9 centrale et la couche métallique 10 annulaire Entre ces contacts est connectée une chaîne de calcul et de mesure 17 donnant un signal en fonction de la déformation du capteur de force, sous l'effet de la tension de serrage subie par les deux pièces Pi, P 2. Entre la chaîne 17 et les contacts 15, 16, est monté un circuit 18 à capteur de couple destiné à corriger le signal fourni à la chaîne de mesure 17 du signal parasite induit par le couple appliqué par une clé de serrage à l'élément d'assemblage, lors de l'assemblage des deux pièces30 Pi, P 2 La clé peut être la douille 14 ou être une clé distincte appliquée à l'écrou 2, la douille 14 de maintien et de mesure étant toutefois toujours présente. Un motoréducteur 19 commande, par l'intermédiaire de pignons coniques 20, la douille 14 de manière à faire tourner la vis 1 La chaîne de mesure 17 comporte également un circuit de commande 21 qui commande le motoréducteur 19, de manière à interrompre la rotation de la douille 14 servant de clé de serrage, lorsque la tension de serrage souhaitée est atteinte.5 A la figure 5, le capteur de force 5 est toujours relié à la chaîne 17 par les contacts 15 et 16, mais est également relié par des contacts 22 et 23, d'une part à une source de courant 24 régulée et, d'autre part, au potentiel zéro du système de mesure Grâce à cela, une résistance de10 contact fortuite en 22, 23 est sans influence sur le signal fourni par le capteur de force à la chaîne 17. REVENDICATIONS 1 Elément d'assemblage ayant un axe de symétrie (X, X') et deux faces opposées ( 3, 4) sensiblement perpendiculaires à cet axe (X, X'), caractérisé en ce qu'un capteur de force ( 5) est apposé sur la première face ( 3) de l'élément ( 5) en ayant le même axe de symétrie (X, X') que celle-ci. 2 Elément suivant la revendication 1, caractérisé par au moins trois bossages, de préférence arrondies, ou par une nervure ( 6) ménagée sur la seconde face ( 4) de l'élément ( 1) 3 Elément suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur de force est constitué d'un support ( 8) en céramique sur l'une des faces duquel sont déposées une couche métallique ( 9) centrale et une couche métallique ( 10) annulaire, réunies l'une à l'autre par une couche ( 11) sensible à la déformation et conductrice de l'électricité. 4 Elément suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le module d'élasticité de la céramique constituant le support ( 8) est inférieur à celui de l'élément d'assemblage ( 1). Elément suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le module d'élasticité de la céramique est inférieur à 200 G Pa. 6 Elément suivant l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le capteur est de forme symétrique, notamment circulaire ou a une couche ( 11) piézorésistive en spirale. 7 Elément suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que c'est une vis, un rivet, un écrou ou une rondelle. 8 Elément suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur de force se compose d'au moins deux capteurs unitaires ( 12, 13) dont les axes longitudinaux forment un angle entre eux. 9 Machine à assembler deux pièces (Pi, P 2), à l'aide d'un élément d'assemblage ( 1) suivant les revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend une douille ( 14) destinée à s'emmancher sur l'élément d'assemblage ( 1) et munie de deux premiers contacts ( 15, 16) électriques, qui sont disposés de manière à venir respectivement en contact avec la couche métallique ( 9) centrale et la couche métallique ( 10) annulaire et entre lesquels est connectée une chaîne de mesure ( 17) donnant un signal en fonction de la déformation du capteur de force ( 5), sous l'effet de la tension de serrage subie par les deux pièces (Pi, P 2). Machine suivant la revendication 9, caractérisée en ce que la chaîne de mesure ( 17) comporte un circuit ( 18) à capteur de coupe destiné à corriger le signal du signal parasite induit par le couple appliqué par une clé de serrage à l'élément d'assemblage, lors de l'assemblage des deux pièces (Pi, P 2). 11 Machine suivant la revendication 9 ou 10, caractérisée par une source de courant ( 24) connectée entre la couche métallique ( 9) centrale et la couche métallique ( 10) annulaire par deux seconds contacts ( 22, 23) autres que les premiers contacts ( 15, 16). 12 Machine suivant la revendication 9, 10 ou 11, caractérisée en ce que la chaîne de mesure comporte un 2696215 circuit de commande ( 21) de la clé de serrage interrompant la rotation de celle-ci, lorsque la tension de serrage souhaitée est atteinte. 13 Procédé d'assemblage de deux pièces à l'aide d'un élément d'assemblage, dans lequel on détermine la tension de serrage, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer la tension de serrage en mesurant la déformation de l'élément d'assemblage après l'assemblage.