Brevet FR3001801A1 — publié le 20140808

L'invention concerne un dispositif pour mesurer simultanément une force axiale exercée par une vis et un couple de vissage appliqué à celle-ci. De tels dispositifs sont utilisés pour caractériser des assemblages par vis critiques, par exemple dans le domaine aéronautique ou spatial. En effet, pour de nombreux assemblages par vis, il est nécessaire de connaître précisément la force axiale exercée par la vis et résultant du vissage de celle-ci. Pour connaître cette force axiale, on se réfère habituellement à des tables indiquant pour un couple de vissage donné (facilement mesurable 10 lors du vissage), l'intensité de la force axiale exercée par la vis. On comprend naturellement qu'il est nécessaire au préalable d'établir ces tables : C'est la fonction des dispositifs objets de l'invention. Des dispositifs pour établir de telles tables existent déjà. De manière connue en soi, ces dispositifs associent un moyen 15 d'entraînement en rotation permettant de visser la vis ; un capteur de couple, pour déterminer le couple appliqué à la vis lors de son vissage ; et enfin un capteur de force pour déterminer la force axiale exercée par la vis. Cependant, ces dispositifs connus nécessitent une calibration 20 relativement minutieuse et compliquée. Cette calibration semble nécessaire pour réduire les incertitudes de mesure du capteur. Par suite, ces dispositifs sont d'emploi peu commode et s'avèrent relativement coûteux. Aussi, l'objectif de l'invention est de proposer un dispositif pour 25 mesurer simultanément une force axiale exercée par une vis et un couple de vissage appliqué à celle-ci ; le dispositif comprenant : - un moyen d'entraînement en rotation apte à permettre le vissage de la vis dans un trou fileté aménagé dans un support ; 30 - un capteur de couple apte à déterminer le couple appliqué à la vis lors de son vissage ; - un capteur de force apte à déterminer la force axiale exercée par la vis sous l'effet du vissage de celle-ci ; dispositif qui soit relativement simple, et qui ne nécessite pas une 35 calibration compliquée avant utilisation. Cet objectif est atteint grâce au fait que le dispositif comporte en outre un palier, apte à permettre une rotation relative dudit capteur de force par rapport audit support pendant ledit vissage. Grâce au palier, le capteur de force est à même de tourner par rapport au support lors du vissage de la vis. Par conséquent, aucun couple de torsion ne traverse le capteur de force. Il s'ensuit que même sans calibration minutieuse, le capteur de force est à même de fournir des valeurs relativement précises de la force axiale exercée par la vis sous l'effet du vissage. Le palier peut être (ou du moins comprendre) une butée à aiguilles 10 ou à rouleaux, un roulement à billes, une pièce de centrage avec des coussinets. Ces différents types de palier constituent en effet différents moyens pour rendre nul le couple de torsion appliqué au capteur de force du dispositif. 15 L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue perspective éclatée d'un dispositif selon 20 l'invention ; - la figure 2 est une coupe axiale du dispositif de la figure 1. Les figures 1 et 2 représentent un dispositif 10 conforme à l'invention permettant de mesurer simultanément une force axiale exercée par une vis et un couple de vissage appliqué à celle-ci. Il permet donc de 25 déterminer la relation entre le couple de vissage et l'effort ou la force axiale dans l'assemblage entre la vis et le support sur lequel elle est vissée. Le dispositif 10 est représenté lors de son utilisation pour tester une vis 12. La vis 12 est une vis à tête cylindrique hexagonale creuse ou vis à 30 tête Allen (d'autres types de vis sont naturellement utilisables dans le cadre de l'invention). La vis 12 comporte une tête 14 et un corps 16 d'axe X, fileté dans une portion située du côté opposé à la tête 14. Le dispositif 10 comprend : - un support 20 constitué par une plaque dans laquelle sont percés une 35 pluralité de trous taraudés 22 ; - un moyen 30 d'entraînement en rotation qui permet le vissage de la vis 12 dans l'un des trous 22; - un capteur de couple 40 qui permet de déterminer le couple appliqué à la vis 12 lors de son vissage ; - un capteur de force 50 qui permet de déterminer la force axiale exercée par la vis 12 sous l'effet du vissage de celle-ci ; - un palier 60, qui permet une rotation relative du capteur de force 50 par rapport au support 20 pendant ledit vissage ; - une embase 70; - un équipement de prévention du basculement 80. Le dispositif 10 comporte en outre deux rondelles de butée 90 et 92. La rondelle 90, de petit diamètre, formée en matériau dur, sert à reprendre les efforts concentrés qui s'appliquent sur la surface inférieure 14S de la tête de vis 14. La rondelle 92 en matériau plus mou permet de répartir les efforts appliqués par la tête 14 sur une section plus grande du dispositif 10. La rondelle 92 comporte en outre une languette radiale antirotation 94, dont le fonctionnement sera précisé lors de la présentation de l'embase 70. Dans ce qui suit, pour simplifier, on considère que l'extrémité du dispositif 10 située du côté du support 20 est située vers le bas et dite 'extrémité inférieure', alors que l'extrémité du dispositif 10 située du côté de la tête de vis 14 est située vers le haut et dite 'extrémité supérieure'. Le dispositif 10 permet de mesurer conjointement la force axiale exercée par la vis et le couple de vissage appliqué à celle-ci pour tout type de vis susceptible d'être vissé dans l'un des trous du support 20. Le support 20 est constitué par une plaque métallique plane, dans laquelle sont percées plusieurs rangées de trous taraudés 22. Les différentes rangées de trous 22 sont séparées deux à deux par des rails ou nervures 24, dont le rôle sera précisé plus loin. Entre ces différentes nervures, la surface supérieure du support 20 constitue une surface d'appui 26 pour la mise en oeuvre du dispositif 10. Comme indiqué précédemment, le support 20 comporte une pluralité de trous filetés 22. Ces trous 22 peuvent être prévus pour permettre le vissage de vis différentes ou identiques, en fonction des types d'assemblages ou de vis que l'on souhaite évaluer. Dans un autre mode de réalisation (non représenté), le support 20 est constitué par un simple écrou. Le moyen d'entraînement en rotation est constitué par une clé dynamométrique 30. Celle-ci permet à un opérateur, à la main, d'appliquer un couple de vissage à la vis de manière à visser celle-ci dans le support 20. Plus généralement, tout type de clé ou d'outillage motorisé, susceptible d'appliquer un couple de vissage approprié à la tête 14 de la vis 12 pour visser celle-ci peut être utilisé. Ainsi, le moyen d'entraînement en rotation peut être à entraînement manuel ou motorisé. 10 Le moyen d'entraînement en rotation 30 est associé à un capteur de couple de vissage 40. Celui-ci permet au cours du vissage, de préférence de manière continue, de mesurer le couple de vissage appliqué par le moyen d'entraînement 30 à la tête de vis 14. Le couple de vissage appliqué est affiché sur un afficheur 42 du capteur 40. Il est transmis en 15 outre à une centrale d'acquisition non représentée, via un câble 44. Le capteur de force 50 comprend une portion de détection 52, un câble de transmission d'information 54, et des moyens d'acquisition et de traitement de l'information non représentés. La portion de détection est sensiblement annulaire et est disposée au moins en partie autour de l'axe 20 X de la vis. Le capteur de force mesure la force de compression exercée par la vis 12 entre sa tête 14 et le support 20, force qui tend à rapprocher ces deux éléments. Dans ce but, le capteur de force 50 comporte deux surfaces d'appui opposées 56, disposées axialernent (par rapport à l'axe X) aux extrémités opposées de la portion de détection 52. La force mesurée 25 par le capteur 50 est celle qui s'exerce sur ces surfaces d'appui 56. Lors de la mise en oeuvre du dispositif 10, le capteur de force 50 est placé sur le palier 60. Celui-ci comprend une butée à aiguilles 62, interposée entre deux rondelles de butée 64. La butée à aiguilles 62 empêche qu'un couple de torsion ne s'applique à la portion de détection 30 52 du capteur de force 50. Comme indiqué précédemment, d'autres types de palier peuvent être utilisés pour réaliser cette même fonction. On peut noter qu'en ce qui concerne la position du palier par rapport à la portion de détection 52 du capteur 50, deux configurations sont possibles : Dans le dispositif 10, le palier 60 est disposé entre la 35 surface d'appui 26 du support 20 et la portion de détection 52 du capteur . Dans un autre mode de réalisation (non représenté), le palier 60 peut être disposé entre la tête 14 de la vis et la portion de détection 52. Par ailleurs, l'équipement 80 de prévention du basculement est interposé entre la tête 14 de la vis 12 et une surface d'appui 56 du capteur de force 50. Cet équipement 80 est apte à compenser un défaut d'alignement d'une surface inférieure 14S de la tête 14 de la vis 12 par rapport à l'axe X de la vis. En effet, il peut arriver que la surface inférieure 14S (généralement plane) de la vis ne soit pas perpendiculaire à l'axe X de celle-ci (axe X 10 défini essentiellement par le corps 16 de la vis). Si cela se produit, en l'absence d'un équipement de prévention du basculement tel que l'équipement 80, lors du vissage de la vis 12, une portion en saillie de la surface 14S viendrait au contact de la surface d'appui 56 du capteur 10 avant le reste de la surface 14S. Il s'ensuivrait 15 une concentration de contraintes sur la surface d'appui 14S au voisinage de ce point, et une répartition inégale des contraintes sur la surface 56. Par suite, la mesure de force réalisée par le capteur 56 serait moins précise, car le capteur 50 serait soumis non seulement à une force axiale, mais également à un moment de basculement (d'axe perpendiculaire à 20 l'axe X). Avantageusement, l'équipement 80 empêche qu'un moment de basculement ne s'applique au capteur 80. Pour cela, l'équipement de prévention du basculement 80 comprend deux rondelles 82, 84 qui, lorsque la vis est vissée, sont en contact mutuel via des surfaces d'appui 25 825,84S sphériques. Le fonctionnement précis de ces rondelle pour empêcher la transmission d'un moment de basculement au capteur de force 50 sera précisé plus loin. Enfin dans le dispositif 10, l'embase 70 a la forme générale d'un cylindre creux, c'est-à-dire a une forme tubulaire. L'embase 70 associée à 30 la rondelle 92, et en coopération avec les nervures 24 du support 20 constitue un dispositif de prévention de la rotation (d'axe X). Le fonctionnement de ce dernier dispositif va maintenant être précisé, dans le cadre de la description de la mise en oeuvre du dispositif 10. 35 La description qui suit concerne la mise en oeuvre du dispositif 10. Cette description fait donc référence à la situation dans laquelle une vis 12 est en cours de vissage dans le support 20, le dispositif 10 étant alors exploité pour mesurer le couple de vissage appliqué à la vis et la force axiale appliquée par la vis. La mise en oeuvre du dispositif 10 se fait de la manière suivante. L'extrémité inférieure de l'embase 70 est d'abord placée sur la surface d'appui 26 du support 20, autour du trou taraudé 22 dans lequel on prévoit de visser une vis 12 à tester. Sur la surface cylindrique extérieure 72 de l'embase 70 sont prévus deux méplats plans symétriques parallèles 74. Ces méplats sont aménagés 10 de telle sorte que la distance entre les méplats soit sensiblement égale à la distance entre deux nervures 24. Aussi, lorsque l'embase 70 est placée sur le support 20, les méplats doivent nécessairement être placés en regard des nervures 24 ; dans cette position, ils empêchent toute rotation de l'embase 70 autour de l'axe X. 15 Les autres éléments constituant le dispositif 10 (à l'exception des moyens d'entraînement 30 et du capteur de couple 40) sont alors montés dans l'embase 70. On monte ainsi successivement, en partant de la surface d'appui 26 du support 20 : le palier 60 ; la portion de détection 52 du capteur de force 50 ; l'équipement de prévention du basculement 80 ; 20 les rondelles 92 et 90. Tous ces éléments sont disposés de manière coaxiale autour de l'axe du trou 22 choisi pour visser la vis 12. Le câble 54 du capteur de force 50 est passé par un trou 78 aménagé dans la paroi de l'embase 70. La vis 12 est enfin passée à travers ces différents éléments et 25 vissée dans le trou 22 à l'aide des moyens d'entraînement en rotation 30. La vis 12 et l'embase 70 sont alors coaxiales, la vis passant à l'intérieur de l'embase 70. Pendant le vissage, le couple de vissage et la force axiale exercée sont mesurés par le capteur de couple 40 et le capteur de force 50. Les 30 valeurs sont enregistrées par une unité d'acquisition et de traitement reliée à ces capteurs (non représentée). Deux aspects du fonctionnement du dispositif 10 doivent être précisés. Tout d'abord, lors de la phase initiale du vissage de la vis 12, la 35 surface inférieure 14S de celle-ci se rapproche, puis entre en contact, avec la rondelle 90, et via celle-ci avec les rondelles 92 et 84. Faisons l'hypothèse (défavorable) que la surface 14S ne soit pas perpendiculaire à l'axe X. A cet instant, du fait du vissage, une force de compression commence à s'appliquer à travers les rondelles 82 et 84. La rondelle inférieure 82 ne peut basculer (ou pivoter autour d'un axe de rotation perpendiculaire à l'axe X) car elle est maintenue sur la surface supérieure 56 de la portion de détection 52 annulaire du capteur 50, elle-même astreinte à rester coaxiale à l'axe X. Aussi, comme la rondelle 84 est soumise à une force de compression asymétrique (par rapport à l'axe X), et est donc soumise à un 10 moment de basculement d'axe perpendiculaire à l'axe X, elle pivote légèrement autour de cet axe. Ce basculement ou pivotement est rendu possible par la forme sphérique identique des surfaces d'appui, respectivement convexe et concave, 82S et 84S. Le pivotement de la rondelle 84 par rapport à la rondelle 82 permet 15 donc d'annuler le moment de basculement appliqué à la rondelle 82. Il s'ensuit qu'aucun moment de basculement n'est transmis via celle-ci à la portion de détection 52 du capteur de force 50. Cette disposition contribue de manière significative au maintien de la précision de mesure du capteur 50. 20 D'autre part, la portion de détection 52 est mise à l'abri de tout moment de torsion parasite par deux dispositions complémentaires. D'une part, comme cela a été expliqué, le palier 60 permet d'empêcher qu'un moment de torsion ne s'applique à la portion de détection 52, 25 D'autre part, la rotation qu'effectue la surface inférieure 14S de la tête de vis 14 n'affecte ni l'équipement (80) de prévention du basculement, ni par conséquent le capteur de force 50, grâce à l'embase 70 et la rondelle 92, constituant les moyens essentiels d'un dispositif de prévention de la rotation d'axe X. 30 En effet, l'embase 70 agit vis-à-vis de la rondelle 92 de la manière suivante : La hauteur (suivant l'axe X) de l'embase 70 est voisine de celle de la vis 12. Par suite, la partie supérieure de l'embase 70 se trouve axialement au niveau de la rondelle 92. A ce niveau sur l'axe X, l'embase 35 comporte un passage radial 76. La languette radiale 94 de la rondelle 92 est positionnée dans ce passage 76. Par conséquent, la rondelle 92 est bloquée en rotation autour de l'axe X par sa languette 94. Aussi, quelle que soit la rotation éventuelle de la rondelle 90, la rondelle 92 quant à elle ne peut effectuer une rotation autour de l'axe X. Ainsi dans le dispositif 10, le dispositif de prévention de la rotation comporte la rondelle 92 interposée entre la tête 14 de la vis 12 et la surface d'appui 56 du capteur de force, et des moyens de blocage en rotation de ladite rondelle. Ces moyens de blocage en rotation sont 10 constitués principalement par l'embase 70. Avantageusement, le dispositif de prévention de la rotation ainsi constitué (par l'embase 70 et la rondelle 92, l'embase 70 coopérant avec les nervures 24 du support 20) empêche la transmission d'un couple de torsion entre la tête 14 de la vis 12 et la surface d'appui 56 du capteur de 15 force 50. Ce dispositif permet d'éviter qu'un couple de torsion parasite ne vienne réduire la précision de mesure du capteur de force 50. Enfin, avantageusement dans le dispositif 10, le moyen d'entraînement 30 peut être démonté sans outil (c'est-à-dire à la main) du reste du dispositif. De manière plus globale, le dispositif 10 est un 20 dispositif démontable sans outils, qui avantageusement n'immobilise pas en permanence les moyens d'entraînement de vis en rotation, le capteur de force et le capteur de couple. REVENDICATIONS1. Dispositif (10) pour mesurer simultanément une force axiale exercée par une vis et un couple de vissage appliqué à celle-ci ; le dispositif comprenant : - un moyen (30) d'entraînement en rotation apte à permettre le vissage de la vis dans un trou fileté (22) aménagé dans un support ; - un capteur de couple (40) apte à déterminer le couple appliqué à la vis lors de son vissage ; 10 - un capteur de force (50) apte à déterminer la force axiale exercée par la vis sous l'effet du vissage de celle-ci ; le dispositif se caractérisant en ce qu'il comporte en outre un palier (60), apte à permettre une rotation relative dudit capteur de force par rapport audit support pendant ledit vissage. 15 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le palier (60) est choisi dans le groupe comprenant une butée à aiguilles ou à rouleaux, un roulement à billes, une pièce de centrage avec des coussinets. 20 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le capteur de force (50) présente une portion de détection (52) sensiblement annulaire disposée au moins en partie autour d'un axe (X) de la vis, et le palier est disposé entre une surface d'appui (26) du support et ladite portion de détection, ou entre une tête (14) de la vis et ladite portion de détection. 25 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le moyen d'entraînement en rotation (30) est à entraînement manuel ou motorisé. 30 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel un équipement (80) de prévention du basculement est interposé entre une tête de la vis et une surface d'appui (56) dudit capteur de force (50), ledit équipement étant apte à compenser un défaut d'alignement d'une surface inférieure (14S) d'une tête (14) de la vis (12) par rapport à un axe (X) de 35 la vis. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel l'équipement (80) de prévention du basculement comprend deux rondelles (82,84) qui, lorsque la vis est vissée, sont en contact mutuel via des surfaces d'appui (82S,84S) sphériques. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le moyen d'entraînement (30) peut être démonté sans outil du reste du dispositif. 10 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dont le support comporte une pluralité de trous (22) filetés, permettant le vissage de vis différentes ou identiques. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comportant 15 en outre un dispositif de prévention de la rotation (70,92), apte à empêcher la transmission d'un couple de torsion entre une tête (14) de la vis (12) et une surface d'appui (56) du capteur de force (50). 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel ledit dispositif de 20 prévention de la rotation comporte une rondelle (92) interposée entre la tête (14) de la vis (12) et la surface d'appui (56) du capteur de force, et des moyens (70,76) de blocage en rotation de ladite rondelle.