Brevet FR3056746A1 — publié le 20180330

SYSTEME DE MESURE PAR ULTRASONS DE LA TENSION D'UNE TIGE La présente invention concerne un système de mesure pour réaliser des mesures de tension mécanique d'une tige avec un capteur ultrason, ainsi qu'un procédé de mise en oeuvre d'un tel système de mesure. Pour réaliser des mesures de tension mécanique dans une tige, notamment pour évaluer le niveau de serrage d'une vis ou d'un goujon, il est connu d'appliquer un capteur à ultrason sur la tête de la tige qui envoie des ultrasons dans cette tige, et réceptionne les ondes reçues en retour suivant le principe du sonar. En particulier la tige peut être une vis comportant une tête arrière formant un embout de vissage, qui peut présenter toute forme en creux ou en relief permettant son entraînement en rotation par un outil. Le capteur à ultrason agit comme un émetteur transformant une impulsion électrique produite par un appareil de commande relié par un câble, en une onde ultrasonore qui se propage axialement dans le matériau. L'onde réfléchie, en particulier à l'extrémité opposée de la tige, revient sur le capteur avec un décalage dans le temps dépendant de la vitesse de propagation des sons dans ce matériau. L'onde réfléchie retourne sur l'appareil de commande afin de mesurer le décalage de temps du retour. On réalise cette opération avec plusieurs centaines d'impulsions envoyées par seconde. Le décalage dans le temps est sensiblement proportionnel à l'élongation de la tige ainsi qu'à la tension dans cette tige. On réalise d'abord un étalonnage d'une même tige disposée dans des conditions d'utilisation similaires, avec des mesures sous des tensions calibrées, pour obtenir une courbe représentative permettant de s'y référer. On obtient une valeur précise de la tension de la tige. Un problème pour ce type de mesure est d'obtenir une bonne répétabilité des conditions d'application du capteur sur la tête de la tige, en 3056746 2 particulier son alignement et son centrage, afin d'obtenir des mesures similaires permettant de comparer les résultats. En particulier dans l'automobile certains organes nécessitent une valeur précise de la tension de vis d'assemblage, pour assurer la fiabilité comme le 5 serrage d'une culasse sur le moteur thermique, ou pour assurer la sécurité comme le serrage d'éléments de suspension. En effet la mesure par des clés dynamométriques ou par des capteurs de couple disposés sur les visseuses, donnent une plage de mesure qui peut être trop importante dans certains cas. 10 Un procédé connu de mesure de la tension mécanique d'une vis, présenté notamment par le document FR-A1-2538470, utilise une vis comportant un creux formé au centre de la tête de vis, présentant un fond plat et lisse qui est disposé transversalement. L'extrémité du capteur à ultrason vient se plaquer au fond du creux de 15 la tête de vis, ce qui assure une position centrée afin d'améliorer la précision de la mesure. Toutefois ce procédé nécessite une vis particulière qui est plus chère à produire. De plus dans le cas d'une tête de vis disposée dans un endroit peu accessible, par exemple au fond d'un puits, l'opérateur peut avoir des 20 difficultés pour engager le capteur se trouvant au bout du câble, et pour le maintenir en position stable pendant la durée des mesures. La présente invention a notamment pour but de résoudre ces problèmes de l'art antérieur. Elle propose à cet effet un système de mesure pour réaliser des 25 mesures de tension mécanique d'une tige, comportant un capteur ultrason présentant axialement d'un côté une face transversale avant active prévue pour venir en appui sur une tête de la tige formant son extrémité arrière, et de l'autre côté un câble de liaison vers un appareil de commande, ce système étant remarquable en ce qu'il comporte un tube recevant à l'intérieur 30 le capteur, ce tube comprenant du côté avant tourné vers la tige une forme de centrage prévue pour réaliser un centrage sur la tête de la tige. 3056746 3 Un avantage de ce système est que la forme de centrage du tube permet d'ajuster facilement son extrémité sur la tête de la tige en réalisant un centrage, en particulier pour une tête de tige se trouvant au fond d'une cavité. De plus, la longueur du tube permettant de maîtriser facilement son 5 inclinaison, on obtient avec le capteur à ultrason ajusté dans le perçage axial du tube, une position de sa face avant active qui est centrée sur la tête de la tige, avec une inclinaison définie. On peut de manière simple, facile et rapide réaliser des mesures dans des conditions très répétitives, en particulier sur une tige présentant une tête 10 peu accessible au fond d'un creux. On obtient une bonne précision de mesure du niveau de serrage de la tige. Le système de mesure selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. 15 Avantageusement, le tube est réalisé dans un matériau non métallique. En particulier, le tube peut être réalisé dans un matériau du type polyamide. Avantageusement, la forme de centrage comporte un creux cylindrique réalisé à l'extrémité avant du tube. 20 Selon un mode de réalisation, la forme de centrage est réalisée sur une partie amovible fixée sur le tube. En particulier, la partie amovible peut être vissée sur le tube. Avantageusement, le capteur est calé axialement dans un creux cylindrique disposé en arrière de la forme de centrage. 25 L'invention a aussi pour objet un procédé de mesure utilisant un système de mesure comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, remarquable en ce qu'il comporte une étape d'ajustement de la forme de centrage sur la tête de la tige et d'application de la face avant active du capteur sur cette tête, une étape de mesure par ultrasons de la 30 tige, et enfin une étape de comparaison de cette mesure avec des courbes d'étalonnage donnant une tension dans cette tige. 3056 746 4 L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue extérieure d'un tube pour un système de 5 mesure selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe axiale de ce système de mesure comportant le capteur ultrason inséré dedans, mis en place sur une vis ; - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un système de mesure suivant une variante, comportant un tube pouvant recevoir deux douilles de 10 centrage différentes présentées respectivement au-dessus et en dessous de l'axe, pour s'ajuster sur des têtes de vis présentant des diamètres variés ; et - la figure 4 est une vue en coupe axiale de la fixation de la base d'un amortisseur sur un train arrière de véhicule, recevant le système de mesure présenté figure 3. 15 Les figures 1 et 2 présentent un tube 2 comprenant une surface extérieure cylindrique, comportant à son extrémité avant indiquée par la flèche « AV », un premier creux cylindrique de grand diamètre 4, puis après un premier épaulement un deuxième creux cylindrique de diamètre réduit 6, et enfin après un deuxième épaulement un perçage axial 8 s'étendant 20 jusqu'à l'arrière de ce tube. Le tube 2 est réalisé dans un matériau non métallique. Le premier creux cylindrique de centrage 4 s'ajuste sur la tête 14 d'une vis 10 formant l'extrémité arrière de cette vis, comportant vers l'avant une partie filetée 12 prévue pour être serrée dans un perçage taraudé 25 correspondant. On réalise de cette manière un centrage de l'extrémité avant du tube 2 sur l'axe de la vis 10. Le deuxième creux cylindrique 6 reçoit de manière ajustée le corps 22 d'un capteur ultrason 20, qui présente une face transversale arrière 24 en appui sur le deuxième épaulement au fond de ce deuxième creux. 30 La face transversale avant 26 du capteur ultrason 20 active pour transmettre et recevoir les ondes ultrasonores, vient en saillie vers l'avant du premier épaulement au fond du premier creux cylindrique 4, afin d'assurer un 3056746 5 appui de cette face avant active sur la tête 14 de la vis 10 quand un opérateur appui le système de mesure sur cette vis. L'arrière du capteur ultrason 20 comporte une partie de raccordement 18 de diamètre réduit se terminant vers l'arrière par un câble 28, qui rentre 5 avec du jeu dans le perçage axial 8. Le câble 28 ressort librement à l'arrière du tube 2. On réalise de cette manière un maintien de la partie avant du câble 28 raccordée sur le capteur 20, qui évite une courbure prononcée à la sortie de ce capteur pouvant endommager rapidement le câble. 10 La figure 3 présente un tube 2 comportant à l'avant sur son contour extérieur un filetage 32, recevant un filetage intérieur réalisé sur la partie arrière du perçage d'une douille de centrage amovible 30, formée aussi dans un matériau non métallique. La partie avant du perçage de la douille de centrage 30, forme le 15 premier creux cylindrique 4 de centrage sur la tête 14 de la vis 10. La face transversale de l'extrémité avant du tube 2, forme le premier épaulement terminant le premier creux cylindrique 4. La partie supérieure de la figure 3 présente une douille de centrage 30 comportant un premier creux cylindrique 4 de centrage de petit diamètre, 20 légèrement supérieur à celui du corps 22 du capteur 20, prévu pour s'ajuster sur une tête de vis 14 de petit diamètre. La partie inférieure de la figure 3 présente un premier creux cylindrique 4 de centrage de grand diamètre, prévu pour s'ajuster sur une tête de vis 14 de grand diamètre. 25 En prévoyant plusieurs douilles de centrage 30, on peut adapter de manière économique le système de mesure pour différentes vis 10 présentant des diamètres de têtes 14 variés. La figure 4 présente la base d'un amortisseur 40 comportant un manchon 42 comprenant une liaison élastique, présentant un axe transversal 30 qui est ajusté dans un montage en chape d'un bras d'une suspension arrière d'un véhicule. 3056 746 6 Le perçage axial du manchon 42 reçoit une vis 10 présentant une partie filetée insérée dans un perçage taraudé 44 du côté droit de la chape, et à l'opposé une tête 14 venant en appui sur le côté gauche de la chape pour assurer le serrage du manchon 42 disposé à l'intérieur de cette chape. 5 La tête 14 de la vis 10 se trouve au fond d'une cavité 46, présentant sur le côté gauche une ouverture 48 disposée dans l'alignement de cette vis. Le procédé d'utilisation du système de mesure est le suivant. Sur une chaîne d'assemblage industriel, on utilise des visseuses automatiques comportant un nez allongé axialement se terminant par une douille de 10 manoeuvre de la tête de vis 14, pour réaliser un vissage suivant un couple défini. On peut utiliser en particulier une méthode de contrôle du couple et de l'angle de serrage. Les ensembles présentant une tête de vis 14 se trouvant au fond d'une cavité 48, comporte dans ce cas une ouverture axiale 48 au-dessus de cette 15 vis permettant d'engager le nez de la visseuse. Pour réaliser un contrôle précis du serrage effectif de la vis on introduit le tube 2 du système de mesure dans la cavité, en ajustant le premier creux de centrage 4 sur la tête 14 de la vis 10, et en pressant le capteur 20 sur cette vis par un appui sur le tube. L'inclinaison du tube 2 et donc du capteur 20 20, est facilement réalisée grâce à la longueur de ce tube permettant de contrôler son inclinaison. On réalise ensuite des mesures par ultrasons, donnant des résultats qui permettent par l'étalonnage précédent de déterminer la tension mécanique dans la vis. On obtient une valeur précise de la tension réelle de la vis 10. En 25 pratique on peut obtenir une plage de précisions d'environ 15%. En utilisant un matériau non métallique pour le tube 2, en particulier un polyamide, présentant une bonne résistance ainsi qu'une facilité d'usinage, on évite une perturbation des ondes ultrasonores par ce tube ce qui améliore la qualité de la mesure. 30 REVENDICATIONS1 - Système de mesure pour réaliser des mesures de tension mécanique d'une tige (10), comportant un capteur ultrason (20) présentant axialement d'un côté une face transversale avant active (26) prévue pour venir en appui sur une tête (14) de la tige (10) formant son extrémité arrière, et de l'autre côté un câble (28) de liaison vers un appareil de commande, caractérisé en ce qu'il comporte un tube (2) recevant à l'intérieur le capteur (20), ce tube (2) comprenant du côté avant tourné vers la tige (10) une forme de centrage (4) prévue pour réaliser un centrage sur la tête de la tige (14). 2 - Système de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (2) est réalisé dans un matériau non métallique. 3 - Système de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube est réalisé dans un matériau du type polyamide. 4 - Système de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la forme de centrage (4) comporte un creux cylindrique réalisé à l'extrémité avant du tube (2). 5 - Système de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que la forme de centrage (4) est réalisée sur une partie amovible (30) fixée sur le tube (2). 6 - Système de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie amovible (30) est vissée sur le tube (2). 7 - Système de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur (20) est calé axialement dans un creux cylindrique (6) disposé en arrière de la forme de centrage (4). 8 - Procédé de mesure utilisant un système de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'ajustement de la forme de centrage (4) sur la tête de la tige (14) et d'application de la face avant active (26) du capteur (20) sur cette tête (14), une étape de mesure par ultrasons de la tige (10), et enfin une étape de comparaison de cette mesure avec des courbes d'étalonnage donnant une tension dans cette tige (10).