Brevet FR3012989A1 — publié le 20150515

Dispositif de vissage comprenant des moyens de mesure de l'angle de rotation de l'arbre de sortie intégrés à celui-ci 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la réalisation de dispositifs de vissage motorisés encore appelés visseuses. L'invention concerne plus particulièrement les moyens de mesure de l'angle auquel un élément à visser est serré au cours d'une opération de vissage réalisée au moyen d'une telle visseuse. 2. Art antérieur Les visseuses électriques asservies sont couramment utilisées dans divers secteurs industriels pour assurer le vissage d'assemblages. Une visseuse électrique asservie comprend généralement les composants suivants : - un moteur électrique synchrone à aimant permanent muni d'un capteur d'angle permettant de connaître la position angulaire du rotor par rapport au stator ; - une réduction à train épicycloïdal dont le solaire d'entrée est relié au rotor du moteur, et le porte satellite de sortie est relié à l'arbre de sortie de la visseuse ; - un capteur de couple mesurant le couple de réaction de la couronne par rapport au carter de la visseuse ; - une poignée liée au carter de la machine et portant les commandes et voyants de la visseuse. Les visseuses asservies peuvent être alimentées en énergie directement au moyen d'une batterie ou par le secteur via un contrôleur d'alimentation. Dans tous les cas ces systèmes de vissage autorisent la programmation d'une stratégie de vissage. Deux stratégies de vissages alternatives sont généralement mises en oeuvre, à savoir le vissage dit au couple et le vissage dit à l'angle. Le vissage au couple consiste à appliquer sur l'élément à visser un certain couple de serrage. Ce couple de serrage permet de générer une force de traction dans le corps de l'élément à visser dont la valeur est suffisante pour assurer la cohésion des pièces assemblées. Au cours d'un vissage au couple, le couple de serrage est donc mesuré en temps réel, et l'opération de vissage est arrêtée lorsque le couple de serrage atteint une valeur seuil correspondant à la génération d'une force de traction donnée dans l'élément à visser. Toutefois, l'intensité de cette force dépend non seulement du couple de serrage mais aussi des frottements entre la vis ou l'écrou et les pièces de l'assemblage. Sur une série d'assemblages de même type, ces frottements peuvent varier d'un assemblage à un autre. Il en résulte une certaine variabilité de cette force dans les différents assemblages pour un même couple de serrage. Cette variabilité peut induire un manque de précision dans le serrage. Afin de pallier cet inconvénient, la stratégie de vissage à l'angle a été développée. Le vissage à l'angle consiste à imprimer à l'élément à visser une rotation selon un angle prédéterminé afin de générer une force de traction dans le corps de l'élément à visser dont la valeur est suffisante pour assurer la cohésion des pièces 20 assemblées. Plus précisément, une opération de vissage à l'angle comprend une phase de prévissage au cours de laquelle l'élément à visser est vissé jusqu'à atteindre un couple de serrage prédéterminé correspondant approximativement à l'instant auquel les pièces de l'assemblage sont en contact les unes avec les autres, et une 25 phase de vissage au cours de laquelle l'élément à visser est vissé selon un angle donné afin d'assurer une élongation suffisante de l'élément à visser. La valeur de la force de traction dans l'élément à visser découle du pourcentage d'allongement du corps de l'élément à visser, du module d'Young de la vis ou du goujon et de sa section, ces deux derniers étant fixes pour une vis 30 donnée. Le pourcentage d'allongement dépend lui, de l'angle de rotation de l'élément à visser, du pas de filetage et de la longueur de vis soumise à la tension. Sur une série d'assemblages de même type, ces paramètres sont constants d'un assemblage à l'autre. Il en résulte que la force de traction générée dans 5 l'élément à visser de différents assemblages de même type ne varie pas ou à tout le moins varie très peu pour un même angle de serrage. Le vissage à l'angle permet donc d'obtenir une bonne précision de serrage, notamment supérieure à la précision du serrage obtenue par un vissage au couple. La précision des vissages de ce type pourrait toutefois être encore améliorée. 10 3. Inconvénients de l'art antérieur Dans les visseuses portatives mises en oeuvre pour réaliser des vissages à l'angle, l'angle de vissage est généralement mesuré au moyen du capteur d'angle fixé sur le rotor de leur moteur. L'angle mesuré au moyen de ce capteur est l'angle entre le rotor et le corps de l'outil. La valeur de cet angle est 15 proportionnelle à l'angle de rotation de l'arbre de sortie de la visseuse, qui est destiné à entrainer en rotation l'élément à visser, par rapport au corps de l'outil sous réserve que le corps de la visseuse soit immobile dans l'espace. Au cours d'une opération de vissage, l'opérateur doit fournir un effort pour maintenir la visseuse en position contre l'effort de réaction résultant du couple de 20 serrage. Au fur et à mesure que le couple de serrage augmente, l'effort que doit fournir l'opérateur augmente. Il arrive donc que le corps de la visseuse bouge durant le vissage du fait d'un maintien imparfait de la visseuse par l'opérateur. Ce mouvement consiste en une rotation du corps de la visseuse autour de l'axe de rotation de la vis, l'angle de rotation du corps venant alors, suivant son sens, 25 s'ajouter ou se retrancher à l'angle de serrage défini dans la stratégie de vissage. Ce mouvement du corps influe donc directement sur la fiabilité de serrage et ceci d'une façon imprévisible compte tenu de la variabilité du maintien de l'outil par l'opérateur. Afin d'obvier cet inconvénient, des visseuses ont été développées au sein 30 desquelles : - un capteur d'angle permet de mesurer l'angle de rotation du rotor par rapport au corps de la visseuse, et - un gyroscope intégré dans le corps de la visseuse permet de mesurer l'angle de rotation du corps de la visseuse par rapport à l'assemblage dont il est fait l'hypothèse que sa position dans l'espace est fixe. L'angle de rotation de la vis est déterminé en additionnant l'angle de rotation de l'arbre de sortie (qui est déduit de l'angle de rotation du rotor) par rapport au corps de la visseuse et l'angle de rotation dans l'espace du corps de la visseuse (qui est obtenu au moyen de gyroscope), ce dernier pouvant être positif ou négatif selon que le corps de la visseuse est déplacé en rotation dans le sens du vissage ou dans le sens inverse du vissage. Cette solution technique permet d'obtenir une meilleure fiabilité dans la mesure de l'angle de vissage. Cette mesure n'est toutefois pas directe. Elle est au contraire déduite de la mesure de deux angles différents obtenue au moyen de deux capteurs distincts. La mesure de cet angle peut donc être simplifiée et sa précision encore améliorée pour améliorer en conséquence la précision du vissage à l'angle. 4. Objectifs de l'invention L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art 20 antérieur. Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une technique qui permette, dans au moins un mode de réalisation, d'améliorer la tes précision d'un vissage à l'angle. Un objectif de l'invention est de fournir une telle technique qui permette 25 dans au moins un mode de réalisation, de déterminer de manière simple et précise la valeur de l'angle de serrage auquel l'élément à visser est serré. Un autre objectif de l'invention est de mettre en oeuvre une telle technique qui permette, dans au moins un mode de réalisation, de déterminer de manière plus directe et fiable la valeur de l'angle de serrage auquel l'élément à visser est 30 serré. L'invention a encore pour objectif de procurer une telle technique qui soit, dans au moins un mode de réalisation, simple de conception et/ou à mettre en oeuvre et/ou robuste et/ou compacte. 5. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un dispositif de vissage d'un assemblage comprenant un corps logeant : - un arbre de sortie s'étendant en partie en dehors dudit corps et destiné à coopérer avec un élément à visser ; - des moyens moteurs reliés audit arbre de sortie pour entrainer celui-ci en rotation autour d'un axe ; - des moyens de mesure de l'angle de rotation dans l'espace dudit arbre de sortie autour dudit axe par rapport à un référentiel fixe par rapport à l'assemblage et extérieur audit dispositif de vissage, lesdits moyens de mesure de l'angle de rotation étant solidaires dudit arbre de sortie. Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait originale qui consiste à solidariser des moyens de mesure à l'arbre de sortie d'une visseuse de façon à mesurer, au cours d'une opération de vissage, l'angle de rotation de l'arbre de sortie autour de l'axe de vissage par rapport à un référentiel fixe par rapport à l'assemblage et extérieur à la visseuse. Il est ainsi possible de mesurer de manière directe et en temps réel l'angle selon lequel l'élément à visser est entrainé en rotation, la valeur de l'angle mesuré incluant directement la rotation de l'arbre de sortie par rapport au carter de la visseuse et la rotation du carter de la visseuse par rapport à un référentiel fixe par rapport à l'assemblage et extérieur à la visseuse. On connaît ainsi de manière directe et précise la valeur de l'angle de vissage. Lorsque la visseuse est mise en oeuvre pour réaliser une opération de vissage à l'angle, la précision avec laquelle l'assemblage est serré est par conséquent augmentée. Selon un mode de réalisation avantageux, lesdits moyens de mesure de 30 l'angle de rotation comprenant au moins un capteur gyroscopique. Cette solution simple et compacte peut permettre de déterminer de manière directe et précise la valeur réelle de l'angle de vissage. Cette solution peut par exemple mettre en oeuvre un capteur de type système microélectromécaniques MEMS (pour Micro-Electro-Mechanical Systems en langue anglaise). Selon un autre mode de réalisation avantageux, lesdits moyens de mesure de l'angle de rotation comprennent au moins un accéléromètre. Dans ce cas, un ou plusieurs accéléromètres pourront être placés de manière écartée de l'axe de rotation de l'arbre. Une double intégration de l'une ou l'autre des composantes d'accélération tangentielle ou radiale mesurées par ce ou ces accéléromètres permettra d'obtenir l'angle de serrage. Selon une caractéristique préférentielle, ledit arbre de sortie comprend un logement à l'intérieur duquel sont au moins en partie logés lesdits moyens de mesure de l'angle de rotation. Selon une autre caractéristique préférentielle, lesdits moyens de mesure de l'angle de rotation sont au moins en partie montés sur une carte électronique, ladite carte électronique étant logée dans ledit logement. On obtient selon ces deux variantes une bonne compacité. Selon une variante, la forme dudit logement est configurée de telle sorte que ladite carte électronique s'étend essentiellement perpendiculairement à l'axe dudit arbre de sortie. La forme dudit logement pourra être configurée de telle sorte que ladite carte électronique s'étend essentiellement parallèlement à l'axe dudit arbre de sortie. Lesdits moyens de mesure de l'angle de rotation pourront être solidarisés audit arbre de telle sorte que l'axe dudit arbre de sortie coupe ledit capteur gyroscopique essentiellement en son centre. Pour cela, un dispositif selon l'invention pourra comprendre des moyens de centrage desdits moyens de mesure de l'angle de rotation ou de ladite carte électronique à l'intérieur dudit logement. Un dispositif selon l'invention comprend préférentiellement des moyens de mesure d'une information représentative du couple de serrage dudit élément à visser, lesdits moyens de mesure comprenant des jauges de contraintes solidarisées au contour dudit logement et reliées à ladite carte électronique. Le contour, intérieur ou extérieur, du logement peut ainsi assurer la 5 fonction d'élément déformant d'un capteur de couple. Un dispositif selon l'invention comprend préférentiellement un transformateur de type tournant interposé entre ledit corps et ledit arbre de sortie, ledit transformateur permettant : - d'alimenter en énergie électrique lesdits moyens de mesure, 10 avantageusement ledit capteur ou ladite carte électronique, et - de transmettre à des moyens d'analyse les signaux électriques provenant desdits moyens de mesure, avantageusement dudit capteur ou de ladite carte électronique. Un tel transformateur tournant, qui est par exemple décrit dans le brevet 15 FR-B1-2894172 détenu par la Demanderesse, présente l'avantage de fonctionner sans frottement mécanique, ce qui en fait un système très durable. 6. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation 20 préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 illustre une vue schématique d'un exemple de visseuse selon l'invention ; - la figure 2 illustre une coupe longitudinale de la visseuse illustrée à la 25 figure 1 ; - la figure 3 illustre une vue de détaille de l'arbre de sortie de la visseuse de la figure 2 et de sa liaison avec le carter de celle-ci ; - la figure 4 illustre l'arbre de sortie de la visseuse illustrée aux figures 1, 2 et 3. 30 7. Description d'un mode de réalisation de l'invention 7.1. Bref rappel du principe de l'invention Le principe général de l'invention repose sur la solidarisation de moyens de mesure d'un angle de rotation à l'arbre de sortie d'une visseuse. Cette mise en oeuvre permet de mesurer, au cours d'une opération de vissage, l'angle de rotation de l'arbre de sortie autour de l'axe de vissage par rapport à un référentiel fixe par rapport à l'assemblage et extérieur à la visseuse. On connaît ainsi de manière directe et précise la valeur de l'angle de vissage ce qui permet d'augmenter la précision avec laquelle un assemblage est serré à l'angle. 7.2. Exemple d'un mode de réalisation d'un dispositif de vissage selon l'invention On présente, en relation avec les figures 1 à 4, un mode de réalisation d'un dispositif de vissage, ou visseuse, selon l'invention. Ainsi que cela est représenté sur la figure 1, une telle visseuse comprend un corps 10. Ce corps 10 loge des moyens moteurs 11 qui dans ce mode de réalisation comprennent un moteur électrique. La visseuse comprend un arbre de sortie 12. Cet arbre de sortie 12 présente une première extrémité 120 qui s'étend en dehors du corps 10. Cette première extrémité 120 est destinée à coopérer avec un élément à visser ou avec une douille prévue pour coopérer avec un élément à visser. L'arbre de sortie 12 présente une deuxième extrémité 121 qui est reliée à l'arbre 110 du moteur 11 au moyen d'une transmission comprenant une réduction 13. Dans ce mode de réalisation, la réduction comprend un renvoi d'angle 131 placé à l'extrémité de l'arbre du moteur 110 et une succession d'engrenages droits 132. L'arbre de sortie 120 s'étend ainsi selon un axe perpendiculaire à celui de l'arbre du moteur 110. Dans une variante, la transmission et notamment la réduction pourront être telles que l'arbre de sortie 120 s'étend parallèlement et plus particulièrement le long de l'axe de l'arbre moteur 110. Ainsi que cela est représenté sur la figure 4, l'arbre de sortie 12 comprend une portion antérieure 122 et une portion postérieure 123. Les extrémités en regard l'une de l'autre des portions antérieure 122 et postérieure 123 sont reliées entre-elles par deux branches 124. Dans une variante, elles pourraient être reliées par une seule branche 124. Les branches 124 comprennent dans ce mode de réalisation : - une première portion oblique 1241 qui s'étend depuis l'extrémité de la portion antérieure 122 de manière inclinée vers l'extérieur de l'arbre de sortie 12 ; - une deuxième portion oblique 1242 qui s'étend depuis l'extrémité de la portion postérieure 123 de manière inclinée vers l'extérieur de l'arbre de sortie 12 ; - une portion 1243 qui s'étend sensiblement parallèlement à l'axe de l'arbre de sortie 12 et rejoint les extrémités des première 1241 et deuxième 1242 portions obliques. Les branches 124 forment, avec les extrémités des portions antérieure 122 et postérieure 123 dont elles sont solidaires, un logement 14. Le logement 14 présente dans ce mode de réalisation une section essentiellement oblongue. Il pourra présenter d'autres formes dans des variantes. Une carte électronique 15 est logée à l'intérieur du logement 14. Cette carte électronique s'étend selon un plan essentiellement perpendiculaire à l'axe de l'arbre de sortie 12. Elle est calée à l'intérieur du logement 14 au moyen d'éléments de centrage 16, comme des entretoises, qui coopèrent avec deux extrémités opposées de la carte électronique 15 et avec les branches 124. Un capteur gyroscopique 19 est monté sur la carte électronique 15. Ce capteur gyroscopique est de type MEMS pour « microelectromechanicalsystems » en lange anglaise. Ce capteur présente ici une forme essentiellement parallélépipédique. Il est essentiellement plat. Le capteur s'étend essentiellement perpendiculairement à l'axe de l'arbre de sortie 12. Si le capteur présente un axe plus sensible que les autres, il pourra être positionné sur la carte électronique 15 de manière telle que lorsque celle-ci se trouve dans le logement 14, l'axe le plus sensible du capteur s'étend essentiellement parallèlement à l'axe de l'arbre de sortie 12 et est essentiellement confondu avec celui-ci. Dans une variante, la carte électronique 15 s'étendra selon un plan essentiellement parallèle à l'axe de l'arbre de sortie 12. Des jauges de contraintes 20 sont fixées sur le contour périphérique intérieur du logement 14. Elles pourraient alternativement être solidarisées sur le contour périphérique extérieur du logement 14. Ces jaunes de contraintes sont reliées à la carte électronique 15. Elles constituent la partie sensible d'un capteur de couple qui permet classiquement de déterminer le couple de serrage à partir de la mesure des déformations de l'arbre de sortie 12 au moyen des jauges. La visseuse comprend un transformateur de type tournant 17. Un tel transformateur tournant est par exemple décrit dans le document FR2894172. Ce transformateur est interposé entre l'arbre de sortie 12 et le corps de la visseuse. Il permet : - d'alimenter en énergie électrique la carte électronique et les composants qui y sont reliés comme le capteur gyroscopique et les jauges de contraintes, et - de transmettre en retour à des moyens d'analyse situés dans le corps de la visseuse les signaux électriques provenant de la carte électronique notamment du capteur gyroscopique et des jauges de contraintes. La visseuse comprend des moyens de commande 18 ou est reliées à des moyens de commande externes. Ces moyens de commande 18 permettent de piloter la visseuse. En particulier, dès lors qu'une opération de vissage est lancée, par exemple lorsque l'opérateur actionne une gâchette prévue à cet effet sur la visseuse, les moyens de commande : lancent une phase de prévissage au cours de laquelle le capteur de couple mesure en temps réel la valeur du couple de serrage et le moteur est alimenté jusqu'à ce que le couple de serrage atteigne une valeur seuil prédéterminée correspondant approximativement à l'instant ou la tête de l'élément à visser entre en contact avec les pièces à assembler ; lancent une phase de vissage au cours de laquelle le capteur gyroscopique mesure en temps réel l'angle de rotation de la vis par rapport à un référentiel fixe par rapport à l'assemblage et extérieur à la visseuse, et le moteur est alimenté jusqu'à ce que la valeur de cet angle atteigne une valeur seuil prédéterminée correspondant à la fin du vissage. REVENDICATIONS1. Dispositif de vissage d'un assemblage comprenant un corps (10) logeant : - un arbre de sortie (12) s'étendant en partie en dehors dudit corps (10) et destiné à coopérer avec un élément à visser ; - des moyens moteurs (11) reliés audit arbre de sortie (12) pour entrainer celui-ci en rotation autour d'un axe ; - des moyens de mesure (19) de l'angle de rotation dans l'espace dudit arbre de sortie (12) autour dudit axe par rapport à un référentiel fixe par rapport à l'assemblage et extérieur audit dispositif de vissage, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (19) sont solidaires dudit arbre de sortie (12). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure de l'angle de rotation comprenant au moins un capteur gyroscopique (19). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de 15 mesure de l'angle de rotation comprenant au moins un accéléromètre. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit arbre de sortie (12) comprend un logement (14) à l'intérieur duquel sont au moins en partie logés lesdits moyens de mesure (19) de l'angle de rotation. 20 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit lesdits moyens de mesure (19) de l'angle de rotation sont au moins en partie montés sur une carte électronique (15), ladite carte électronique (15) étant logée dans ledit logement (14). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la forme dudit 25 logement (14) est configurée de telle sorte que ladite carte électronique (15) s'étend essentiellement perpendiculairement à l'axe dudit arbre de sortie (12). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de centrage (16) desdits moyens de mesure (15) de l'angle de rotation ou de ladite carte électronique (15) à l'intérieur dudit logement 30 (14). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure d'une information représentative du couple de serrage dudit élément à visser, lesdits moyens de mesure comprenant des jauges de contraintes solidarisées au contour dudit logement (14) et reliées à ladite carte électronique (15). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur de type tournant (17) interposé entre ledit corps (10) et ledit arbre de sortie (12), ledit transformateur (17) permettant : d'alimenter en énergie électrique lesdits moyens de mesure, et - de transmettre à des moyens d'analyse les signaux électriques provenant desdits moyens de mesure.