FR2510456A1 - Appareil simplifie de fixation d'un assemblage a vis, selon un procede de taux logarithmique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL SIMPLIFIE DE FIXATION D'UN ASSEMBLAGE A VIS, SELON UN PROCEDE DE TAUX LOGARITHMIQUE. L'APPAREIL COMPORTE ESSENTIELLEMENT UN OUTIL A MOTEUR 26, DES DETECTEURS 36, 38 DE COUPLE ET D'ANGLE DE ROTATION, ET UN DISPOSITIF 40 QUI REAGIT AUX SIGNAUX PRODUITS PAR LE DETECTEUR ET A UN RAPPORT ENTRE UNE VALEUR DE TENSION FINALE VOULUE DANS LE DISPOSITIF DE FIXATION ET UN TAUX DE TENSION DU DISPOSITIF DE FIXATION POUR DETERMINER UN POINT D'ARRET FINAL. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A DES OUTILS PORTATIFS DE SERRAGE DE BOULONS.

Description

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La présente invention concerne un outil à moteur, de préférence portatif, destiné à effectuer desfixations

par vissage.

Une nouvelle stratégie ou technique pour serrer des pièces de fixation par vissage, connue sous le nom de

procédé des taux logarithmiques, a été récemment introduite.

Cette technique est décrite en détail dans la demande de Brevet des Etats Unis d'Amérique NO 912 151, déposée le

2 Juin 1978 au nom de la demanderesse Elle implique es-

sentiellement l'analyse de signaux de couple et d'angle produitspendant le serrage d'une pièce à vis, au-dessous du point de limite élastique d'un élément d'assemblage, pouvant être mis en corrélation avec des contraintes, afin

de déterminer un paramètre d'arrêt particulier à l'assem-

blage serré.

Au cours de la conception d'une famille d'outils

destinés à la mise en oeuvre du procédé des taux logarith-

miques, il s'est avéré souhaitable de disposer d'une tech-

nique simplifiée pouvant éventuellement être appliquée par un outil portatif, ce qui veut dire que le processeur de

données ou le circuit de calcul avec la source d'alimenta-

tion électrique nécessaire, peuvent être portés par l'uti-

lisateur, soit dans un boitier portatif, soit dans l'outil lui-même. Un problème posé par la réalisation d'un outil

portatif pcur la mise en oeuvre du procédé des taux logarith-

miquesest que l'orientation de l'outil par rapport au

travail peut être changée par l'opérateur pendant le ser-

rage d'une pièce à vis Par exemple, si l'opérateur tourne l'outil de 100 au cours du serrage, le paramètre d'arrêt

représenté par un angle est nécessairement décalé de 100.

Si l'assemblage a été trop serré ou trop peu serré, dé-

pend du sens par rapport à la rotation d'outil, dont cet outil a été tourné Etant donné qu'une erreur de 100

à la fin du cycle de serrage produit une tension signifi-

cative de la pièce à vis, les paramètres d'arrêt sous forme de mesuresd'angle ne conviennent pas pour des outils

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portatifs. Un examen assez superficiel fait apparaître que la technique décrite dans la demande de Brevet précitée est une technique très élaborée, impliquant l'utilisation d'une capacité de calcul considérable, et d'un logiciel étendu Une condition pour une technique simplifiée est que le résultat de base, c'est-à-dire la dispersion de tension par écart standard,' doit être substantiellement réduit L'un des aspects surprenants de l'invention est

que les performances de serrage, c'est-à-dire la disper-

sion de tension, se comparent très favorablement avec la solution destaux logarithmiques la plus élaborée décrite dans la demande de Brevet précitée, et s'avère nettement

supérieure au procédé de commande de couple et/ou du pro-

cédé de commande d'angle Par exemple, un essai conduit

avec un assemblage relativement dur a montré que la dis-

persion d'un "sigma" ou d'un écart standard avec la tech-

nique selon l'invention était de l'ordre d'environ 5 % de la valeur de tension souhaitée Dans le même groupe des

pièces de fixation par vissage contrôlées, l'outil pré-

sentait une dispersion de 30 % d'un écart standard-de cou-

ple à tension constante Par conséquent, le procédé de

commande de couple aurait produit une dispersion de ten-

sion à couple constant pour un écart standard d'environ

3 X O Des expériences ont montré que la dispersion de ten-

sion pour la solution de commande d'angle aurait été de

l'ordre de 8 % par écart standard.

Selon un aspect, l'invention consiste à détermi-

ner, pendant le serrage, la valeur d'un paramètre de serrage qui suffit pour serrer chaque paire de pièces à

vis jusqu'à une valeur de tension finale voulue, ce para-

mètre variant d'une paire de pièces à la suivante Le ser-

rage de la pièce à vis est d'abord interrompu en réponse

à la valeur variable du paramètre de serrage déterminé.

Ce résultat est obtenu en appliquant une caractéristique d'entrée de serrage à la pièce à vis au moyen d'un outil à moteur, et en détectant les caractéristiques d'entrée

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pour produire des signaux qui les représentent Un dis-

positif est prévu, réagissant aux signaux produits et à

un taux de valeur de tension finale voulue dans le dispo-

tif de fixation, et à la tension de ce dispositif afin de déterminer le paramètre d'arrêt final Des dispositions sont prises pour interrompre le fonctionnement de l'outil

en réponse au paramètres d'arrêt final.

L'invention concerne donc une technique améliorée

et simplifiée de mise en oeuvre du procédé des taux loga-

rithmiques de serrage des pièces de fixation à vis.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention apparaîtront au cours de la description qui va

suivre. Aux dessins annexes, donnés uniquement à titre d'exemples nullement limitatifs: La Figure 1 illustre des courbes caractiristicues

couple-angle et tension-angle produites pendant le serra-

ge continu d'une paire de pièces à vis, bien au-delà de la limite élastique, la Figure 2 est une représentation à plus grande échelle d'une partie de la courbe couple-angle de la Figure 1,

la Figure 3 représente schématiquement un dispo-

sitif de serrage selon l'invention, la Figure 4 est une vue schématique similaire à celle de la F:igure 3 d'un autre mode de réalisation de l'invention et la Figure 5 représente schématiquement l'un des

éléments des Figures 3 et 4.

La Figure 1 montre une courbe 11 couple-angle et la courbe 12 correspondante de tension -angle, qui sont produites pendant le serrage continu d'une paire de pièces à vis, jusqu'à un point qui dépasse largement la limite élastique, ces courbes pouvant être mesurées 'et tracées en laboratoire au moyen d'un équipement approprié La courbe de couple 10 montre une région ou période 14 de rotation libre, dans laquelle un petit couple suffit pour faire avancer l'écrou sans qu'il n'existe aucune tension

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appréciable du boulon Cette région est suivie par

une région ou période 16 de commencement de serrage, lors-

que les pièces sont amenées l'une contre l'autre Cette

période est suivie par une période ou région 18 dans la-

quelle l'accroissement TR du couple est à peu près liné- aire L'accroissement de couple Ti et l'accroissement de

tension FR dans la région 18 peuvent, pour plus de préci-

sion, être divisés en deux régions dans lesquelles l'ac-t croissement de couple et l'accroissement de tension sont

linéaires, mais varient quelque peu La première simpli-

fication selon l'invention consiste à supposer que la ré-

gion 18 ne contient qu'un seul taux d'accroissement de tension FR Il 's'est avéré que cette simplification

n'augmente pas de façon appréciable la dispersion de ten-

sion observée dans des boulons serrés.

L'accroissement de couple est pratiquement nul dans la région 14 de rotation libre La valeur du couple nécessaire pour avancer l'écrou dans la région 14 dépend du frottement entre les filets des deux pièces, et par conséquent dépend de la perfection de ces filets, de la

lubrification, etc Les pièces à vis qui imposent l'ap-

plication d 'un couple notable pour avancer l'écrou dans

la région 14 sont appelées des piè'ces à vis à couple pré-

dominant, et le couple nécessaire pour avancer les pièces

dans cette région est appelé le couple prédominant Tpv.

Le couple TR commence à augmenter substantielle-

ment dans la région 16 de début de serrage L'accroisse-

ment de couple TR dans la région 18 est voisin de la

linéarité En raison de l'existance de pertes qui dépen-

dent de la vitesse, comme la pénétration du film lubri-

fiant et la micro-plasticité des irrégularités des sur-

faces entre les pièces et les éléments serrés, une appro-

ximation linéaire de la courbe de couple 10 dans la ré-

gion 18 ne rencontre pas l'axe de l'angle de la courbe

de tension 12 Il existe un angle de décalageîs pro-

os

portionnel à ces pertes qui dépendent de la vitesse.

IC os représente la séparation angulaire entre l'origine

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de la pente de couple moyen TR et l'origine de la pente

de tension moyenne FR En raison de la courbe couple-

vitesse de l'outil utilisé, il apparait que C os est une variation de couple dépendante, de sorte que le couple de décalage Tos est une propriété du joint et est le pro- duit de l'angle de décalages S et de l'accroissement de

couple TR Etant donné que T S a tendance à être relative-

ment réduite, il peut être négligé dans la plus simple

application de l'invention.

La limite élastique 20 apparait en un point au-

delà duquel une contrainte n'est pas récupérable à la disparition de la charge, vers l'extrémité supérieure de

la région 18, comme cela est bien connu en mécanique clas-

sique Quelque part dans la région 22, le boulon commence une déformation plastique plutôt qu'élastique Le début exact de la région 22 de limite élastique est difficile à déterminer, et par conséquent, la définition pratique normale du point de limite élastique est une contrainte

de 0,1 à 0,2 %, ce qui est assez arbitraire La limite pro-

portionnelle apparait pratiquement en dessous du point de li-

mite élastique 20, lorsque le rapport effort/contrainte n'est plus constant Dans la version la plus simple de l'invention,

le seul paramètre d'assemblage qu 'il y a lieu de détermi-

ner avant les opérations d'assemblage en production est le taux de tension de joint FR Ce résultat est obtenu

de façon commode en choisissant un échantillonnaga rai-

sonnablement grand des pièces de fixation qui doivent finalement être serrées par le procédé de l'invention,

et en déterminant empiriquement la valeur du taux de ten-

sion FR en 'laboratoire Pour obtenir une précision plus grande, il est possible de déterminer d'autres facteurs,

par exemple le couple de décalage T, le couple prédomi-

nant Tpv et la valeur de dépassement de l'outil qui peut

s'exprimer en unité de couple ou d'angle.

La demande de Brevet précitée décrit l'équa-

tion suivante:

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d T/d, = d F/do ( 1

T F

Il faut noter que d T/dt représente l'accroissement de

couple du dispositif de fixation tandis que d F/d" corres-

pond à l'accroissement de tension Cette équation peut s'écrire sous la forme suivante: FD T = x TR ( 2)

D FR

o TD est la valeur de couple nécessaire pour serrer les pièces à vis jusqu'à la valeur de tension voulue F Dy FR est le taux de tension d'assemblage et TR est le taux de couple Il faut noter que le taux de tension FR et la valeur finale voulue FD de la tension sont prédéterminés dans ce sens que des valeurs sont obtenues ou choisies

longtemps avant le serrage d'une pièce à vis particulière.

Par conséquent, le taux de couple TR de l'assemblage en cours de serrage est la seule valeur qui doit être résolue pendant l'opération pour déduire la valeur du couple T

1 D

nécessaire pour avancer la pièce vissée jusqu'à la valeur finale voulue de la tension F -D Selon l'invention, une autre simplification

consiste à utiliser deux points de mesure de taux de cou-

ple plutôt qu'un grand nombre de points, et à régulariser les données, par exemple par la méthode des moindres

carrés Par conséquent: -

TD = FD T 2 'i () D F R_ "(k o T 1 est une valeur de couple suffisante pour se trouver sur la partie linéaire de la courbe couple-angle 10 et T 2 est une valeur de couple apparaissant à une distance angulaire i k de T 1, comme le suggère la Figure 2 L'utilisation de l'équation ( 3) pose plusieurs problèmes -Au lieu d'obtenir et de choisir des valeurs pour la tension finale voulue F et le taux de tension

FR, il est possible de choisir une valeur pour les pre-

miers paramètres de couple T 1 suffisamment élevée pour

se trouver sur la partie linéaire de la courbe couple-

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angle 10, mais pas suffisamment élevée pour que la com-

mande finale d'arrêt soit donnée après que la pièce à vis a atteint le point de limite élastique ou dépassé le point d'arrêt voulu La valeur choisie de T 1 peut être déterminée empiriquement en laboratoire, pendant le serrage des pièces

à vis nécessaire pour déterminer le taux de tension FR.

Bien que T 1 puisse relativement varier, elle se situe normalement dans la plage de 20 à 5 " O de la valeur finale

moyenne T Da du couple.

Une autre difficulté à résoudre est d'assurer que

T 1 et T 2 sont séparés par un intervalle angulaire appro-

prié Si Ti et T 2 sont très proches l'un de l'autre, la va-

leur du taux de couple calculée à partir de (T 2 T 1)/<(k est indûment influencée par des parasites de détection de

couple, de sorte que sa valeur est peu sûre ou erratique.

Si T 2 et T 1 sont trop éloignés, et si T 1 est suf-

fisamment grand, il est possible que l'outil avance la pièce à vis audelà de la valeur de tension voulue avant que le calcul nécessaire soit effectué En général, la distance entre Ti et T 2 dépend des propriétés élastiques

de l'assemblage, c'est-à-dire du taux de tension d'assem-

blage Si l'assemblage est très dur, T 1 et T 2 doivent tendre à se rapprocher Si le joint est très souple, T 1 et

T 2 doivent tendre à s'éloigner l'un de l'autre En géné-

ral, la distance entre T 1 et T 2 se situe entre 5 et 300.

La valeur précise de l'écartement entre T 1 et T 2 peut être obtenue en laboratoire pendant la détermination du taux

de tension FR.

Il faut noter que le matériel nécessaire pour résoudre l'équation ( 3) peut être à volonté simple ou complexe Bien entendu, la simplicité a ses qualités et constitue l'un désavantages de l'invention L'analyse de l'équation ( 3) montre qu'il existe trds paramètres qui sont mesurés pendant le serrage, à savoir T 1, T 2 et Q<k Plutôt que mettre en oeuvre une technique élaborée

pour mémoriser toutes les valeurs nécessaires, la solu-

tion selon l'invention consiste à prédéterminer deux des trois paramètres dans ce sens que deux de ces paramètres sont choisis bien avant le serrage des pièces à vis en

production Sans qu'il soit nécessaire d'utiliser une ca-

pacité de mémoire élevée, les deux paramètres peuvent être T 1 et( k, ou T 1 et T 2 En disposant d'une mémoire

suffisante, T 2 etck pourraient être prédéterminés.

En supposant que l'on désire choisir T 1 et T 2 l'équation ( 3) se réduit à:

FD 1

T= D x l ( 4) l O TD FR(T 2 T 1) k ( 4) Etant donné que FD, FR et T 1 et T 2 sont des constantes pour un assemblage particulier, l'équation ( 6) se réduit a: TD = C xk ( 5)

o C est FD/FR (T 2 T 1).

En supposant que l'on désire choisir T 1 eto<k, l'équation ( 3) se réduit à FD TD = F-R((k) (T 2 T 1) ' ( 6)

Etant donné que FD, FR, k et T 1 sont des con-

stantes pour un assemblage particulier, l'équation ( 4)'se réduit à

T = A(T 2 B) ( 7)

TD 2

o A est égal à FD/FR (O k) et Best égal à T 1.

Il apparait ainsi que les circuits analogiques destinés à résoudre les équations ( 5) et/ou ( 7) sont

relativement simples.

Il faut remarquer en regard de la demande de Brevet précitée, que l'équation ( 3) ne décrit pas de façon correcte un assemblage pratique car il existe un certain nombre de composantes de couples appliquées par l'outil de serrage, n'intervenant pas sur la tension

dans le boulon Plus particulièrement, le couple prédo-

minant Tpv présenté par la pièce à vis n'ajoute pas à

pvla tension En outre, il existe un autre facteur de com-

la tension En outre, il existe un autre facteur de com-

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plication Après que le circuit de commande a indiqué que l'outil doit s'arrêter, un retard est présent entre le moment o ce signal est émis et le moment o l'outil s'arrête réellement Il existe un dépassement émis qui peut être mesuré sous la forme d'un angle tel que or ou sous la forme d'un couple tel que Tor, ces valeurs étant liées par l'expression: Tor = TR dor Selon une caractéristique de l'invention, des

dispositions sont prises pour tenir compte des compo-

santes de couple qui n'affectent pas la tension de

boulon, et pour tenir compte du dépassement.

Dans le but de raffiner les déterminations faites avec l'équation ( 5), des valeurs pour le couple prédominant Tpv, pour le couple de décalage Tos et pour le dépassement, mesuré sous la forme d'un couple Tor peuvent être incluses selon l'équation TD = (C xç + T + T T ( 9) TD = ( k os pv or Il est bien évident que toutes ou parties de

ces valeurs de couple de compensation peuvent être éli-

minées à volonté.

D'une façon similaire, l'équation ( 7) peut être précisée comme suit: TD = A(T 2 B) + Tos + Tpv -Tor ( 10) En ce qui concerne la prédétermination de T 1 et T 2, la Figure 2 représente la partie initiale de la courbe couple-angle 10 qui peut être tracée à partird e données produites pendant le serrage d'une pièce à vis particulière Etant donné que les valeurs de T 1 et T 2

sont prédéterminées, la seule condition réelle de me-

sure est celle de l'angle "(k.

La Figure 3 représente un dispositif de serrage ( 24) selon l'invention Ce dispositif ( 24) comporte une clé 26, avec un moteur 28, un arbre moteur 30 de sortie, et un téton d'attaque 32 L'arbre moteur 30 est mis en

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rotation par le moteur 28 pour appliquer un couple et

faire tourner une pièce à vis, engagée par le téton 22.

La clé 26 peut être de tout type approprié, et comme cela est plus courant, elle est entraînée par une circulation d'air comprimé, contrôlé par un moteur ou un électro- aimant 34 à commande électrique Mais il est bien entendu

que l'émetteur 32 peut être entraîné par tout moyen ap-

proprié Les détails exacts sur la clé 26 ne sont pas né-

cessaires à une bonne compréhension de l'invention et il y a donc lieu de se référer, à la demande de Brevet française No 80 22 906 déposée le 27 Octobre 1980 au nom

de la Demanderesse.

Il est souhaitable que la clé 12 s-oit d'un type portatif, et comprenne un capteur ou transducteur de couple 36 qui délivre un signal variable représentant le couple instantané appliqué à la pièce à vis Le transducteur de couple 36 peut être de tout type approprié

comme cela est décrit dans la Demande de Brevet précitée.

Un transducteur ou codeur d'angle 38 qui produit des sig-

naux représentant un accroissement de déplacement angu-

laire ou de rotation de la pièce à vis est monté sur la

clé 26, associé de préférence avec l'arbre du moteur 28.

Comme cela est expliqué plus en détail dans la demande de Brevet précitée, les transducteurs 36 et 38 de couple et d'angle peuvent être de tout type approprié détectant' des caractéristiques d'entrée appropriées de serrage, dont le couple et l'angle sont des exemples D'autres

caractéristiques de serrage d'entrée, par exemple la char-

ge du moteur, la durée de serrage, etc peuvent convenir à volonté En général, le signal de sortie du capteur de couple 36 est un signal analogique, tandis que le signal de sortie du codeur d'angle 38 est un signal numérique consistant en une série d'impulsions désignant chacune un angle prédéterminé de rotation détecté par le codeur

38.

Comme le montre la Figure 3, le circuit de commande 40 est connecté à l'outil 26 par un conducteur il électrique 42 aboutissant au capteur de couple 36, un

conducteur électrique 44 aboutissant à la sortie du co-

deur d'angle 38 et un conducteur électrique 46 abou-

tissant à l'électro-aimant 34 pour arrêter l'outil 26 en réponse aux déterminations faites dans le circuit 40. Le circuit 40 comporte un commutateur 48 de démarrage de

cycle, placé de préférence dans l'outil 26, en associa-

tion avec la poignée 50 de l'opérateur, comme cela est

expliqué plus en détail dans la demande de Brevet préci-

tée Le commutateur 48 de démarrage de cycle permet également le retour au repos, en ce qu'il s'ouvre à la fin du cycle de serrage, et les éléments de mémoire du circuit

sont ramenés au repos.

Comme le montre la Figure, le circuit 40 com-

porte deux sous-circuits,un circuit 52 pour tenir compte

du couple prédominant Tpv et un circuit de calcul princi-

pal 54 Le circuit 52 de couple prédominant comporte un temporisateur 56 connecté au commutateur 48 de démarrage de cycle par un conducteur 58 A la fin de l'intervalle

de temps prédéterminé, relativement court, le temporisa-

teur 56 délivre un signal sur un conducteur 60 vers un

circuit 62 d'échantillonnage et maintien connecté au con-

ducteur de couple 42 La valeur mémorisée dans le circuit 62 représente le couple prédominant T qui est délivré pv

à une sortie 64 La Figure 2 montre que la valeur du cou-

ple prédominant Tpv ne subsiste pas longtemps sur le con-

ducteur de couple 42 et, par conséquent, l'intervalle de

temps du temporisateur 56 doit nécessairement être rela-

tivement court Il est bien évident que la durée maximale permise de l'intervalle de couple prédominant dépend de la longueur du boulon par rapport aux pièces serrées et

de la vitesse à vide de l'outil 26 En général, cet in-

tervalle de temps de couple prédominant est de l'ordre de 0,5 seconde 1 Le circuit 52 de couple prédominant comporte

également un comparateur 66 de limite de couple prédomi-

nant dont une entrée 68 reçoit un signal représentant une valeur et une limite maximale permise pour le couple

prédominant T v La sortie 70 du comparateur 66 est con-

pv nectée à un circuit logique 72 qui sera décrit plus en détail en regard de la Figure 5 Dans le cas o la valeur du oouple prédominant memoriséedans le circuit 62 est supérieure à la valeur maximale permise de ce couple, le comparateur 66 est conducteur et délivre un signal au circuit logique 72 qui, à son tour, délivre un signal par le conducteur d'électro-aimant 46 pour arrêter l'outil 26 Il apparait dans ces conditions que quelque chose ne va pas avec le dispositif à vis, par exemple

un écrou mal fileté, ou autre.

Le circuit de calcul principal 54 comporte un

* soustracteur 74 dont une entrée est connectée au conduc-

teur de couple et dont l'autre entrée est connectée à la sortie du circuit 62 d'échantillonnage et maintien Par

conséquent, le soustracteur 74 délivre un signal analo-

gique à la sortie 76, représentant un couple réglé Ta qui est le couple T détecté diminué du couple prédominant T pv La sortie 76 du soustracteur est connectée à des

premier et second comparateurs de couple 78, 80 Le com-

parateur 78 comporte une entrée 82 qui reçôit un signal

représentant T 1 Par conséquent, le comparateur 78 déli-

vre un signal sur un conducteur 84 quand la-valeur de couple réglée dépasse T 1 La Figure 2 montre que si le

comparateur 78 est conducteur, le cycle de serrage a dé-

passé la position 86 Le comparateur 80 comporte égale-

ment une entrée 88 qui reçoit un signal représentant T 2, et une sortie 90 Le comparateur 80 est conducteur

quand la valeur réglée de couple Ta est supérieure à T 2.

Il faut noter que le comparateur 80 est conducteur quand le cycle de serrage atteint la position 92 représentée

sur la Figure 2.

Il y a lieu de se demander comment le couple pré-

dominant Tv est déduit du couple de rotation T avant que pv

le signal de couple de rotation soit délivré aux compa-

rateurs de couple 78, 80 Etant donné que le couple pré-

dominant Tpv varie d'un assemblage à l'autre, la déduc-

tion du signal de couple prédominant du signal de couple de rotation assure que les valeurs de T 1 et T 2 sont dans

une plage voulue de la partie linéaire de la courbe couple-

angle Il sera supposé par exemple que le lot des pièces

à vis qui sont serrées présente normalement un couple pré-

dominant relativement élevé, mais que la pièce particulière en cours de serrage présente un couple prédominant réduit ou nul Dans ces conditions, T 2 n'apparait sur le signal

de couple de rotation que très tard dans le cycle de ser-

rage, peut-être au-delà du point d'arrêt voulu D'une façon similaire, si les pièces à vis du lot ne présentent qu'un

couple prédominant faible ou nul, tandis que le couple pré-

dominant de la pièce particulière en cours de serrage est appréciable, T 1 peut apparaître sur le signal de couple de rotation pendant que le joint est encore dans la région 16 de début de serrage Dans ces circonstances, le taux de

couple calculé TR est beaucoup trop faible.

Les sorties 84, 90 des comparateurs 78, 80 sont connectées à une porte OUexclusif 94 La porte 94 délivre

donc un signal à la sortie 96 lorsque la sortie de compa-

rateur 84 est sous tension et le signal cesse lorsque la sortie 90 est sous tension Un signal apparait doncà

la sortie 96 de la porte, représentant l'intervalle de cou-

ple de T 1 à T 2.

La sortie 96 est connectée à une sorte ET 98 dont l'autre entrée est connectée au conducteur d'angle

44 Par conséquent, la porte 98 délivre une série d 'im-

pulsions d'angle à sa sortie 100 tant qu'un signal est présent à la sortie 96 Il est évident que les impulsions d'angle apparaissent sur le conducteur d'angle 44 pendant que l'outil 26 tourne Etant donné que la porte 98 délivre un signal sur le conducteur 100 et que ce signal cesse quand le signal du conducteur 96 disparait, il apparait à la sortie de porte 100 une série d'impulsions d'angle

représentant < k de la Figure 2.

Etant donné que les signaux qui apparaissent à

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la sortie de la porte 100 sont de nature numérique,

c'est-à-dire qu'ils consistent en une série d'impul-

sions, il est souhaitable de compter ces impulsions pour déterminer la valeur de l'angledok La sortie 100 est donc connectée à un compteur 102 possédant une

sortie 104 connectée à un convertisseur numérique-

analogique 106 qui délivre à sa sortie 110 un signal

analogique représentant l'angleo(.

La sortie du convertisseur 108 est connectée

à un diviseur 110 comportant une entrée 112 qui re-

çoit un signal représentant la constante C des équa-

tions ( 5) ou ( 9) Bien entendu, C est le rapport en-

tre la valeur de tension finale voulue FD et le taux de tension FR, divisé par la différence de couple T 2 2

T 1 La sortie du diviseur 114 transmet un signal re-

présentant TD selon l'équation ( 5).

Dans le but de préciser la valeur de TD, la sortie 114 est connectée à un additionneur 116 dont

une entrée 118 reçoit un signal représentant le cou-

ple de décalage T S et dont une entrée 120 est connec-

tée au conducteur 64 qui reçoit un signal représentant Tpv Par conséquent,la sortie 122 de l'additionneur

116 délivre un signal représentant T Dl selon l'équa-

tion:

FD

T Dl = FR(T + Tos + Tpv ( 11) qui est essentiellement l'équation ( 9), à l'exception

près qu'aucune disposition n'est prise pour la compo-

sante de couple de dépassement Tor Il faut remarquer qu'il est possible de tenir compte du dépassement en plaçant un soustracteur à la sortie 122 pour déduire la valeur de couple correspondant à une valeur moyenne

de dépassement, exprimée en unités de couple, pour ob-

tenir le résultat de l'équation ( 9).

Il peut être tenu compte de l'une de deux ma-

nières du couple prédominant Tpv Comme le montre la Pv Figure 3, le comparateur 124 reçoit à une entrée le conducteur 76 qui conduit un signal représentant T Tpv Par conséquent, la comparaison faite est: TTp FD(T 2 T 1) -1 + T ( 12) T Tp -= i ( 12) Pv FR k os qui se transforme en

FD (T 2 -T 1) -1 +T + T ( 13)

FR k os pv

qui, bien entendu, est l'équation de base ( 9).

Dans cette version, la sortie 122 est connectée à un com-

parateur 124 dont une entrée est connectée au conducteur

76 qui conduit un signal représentant T Quand la va-

leur de T Tpv égale TD, l comparateur 124 conduit leur de T Tp égale TDî, l e comparateur 124 conduit

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par sa sortie 126 vers le circuit logique 72 pour déli-

vrer un signal d'arrêt sur le conducteur 46 vers l'élec-

tro-ainant 34 de l'outil qui cesse de serrer l'assem-

blage. Il apparaît ainsi que l'arrêt du serrage se pro-

duit en réponse à une comparaison de T Dl avec T Tpv.

Il faut, bien entendu, noter que cette détermination est la même que si une valeur de T était additionnée au pv signal sur le conducteur 122 et qu'une comparaison était

faite entre le couple en cours T et le signal sur le con-

ducteur 122 après l'addition de la valeur de T V. pv Par conséquent, le mode de réalisation de la Figure 3 utilise des valeurs prédéterminées de T 1 et T 2, mesure la distance C k entre ces valeurs et calcule un

paramètre d'arrêt final en réponse à ces trois paramètres.

L'un des aspects surprenants de l'invention est

que la dispersion de tension observée soutient favorable-

ment la comparaison avec une solution numérique plus éla-

borée décrite dans la demande de Brevet des Etats Unis d'Amérique NO 912 151 Le tableau apparaissant dans cette demande de Brevet montre la dispersion de tensions suivante. Dispersion de tensions et de couples Un écart standard Conditions de Dispersion de tension, % Dispersion de lubrification couple angle couple à 6300# % sec 2,2 6,4 18,5 huilé 2,4 5, 0 13,8 mélangé 2,6 8,2 29,9 Ces valeurs ont été adaptées pour uneerreur de

rondelle de charge de 1,8 % Les valeurs de couple in-

diquées sur la Fig 1 résultent de la solution élaborée

de la demande de Brevet précitée La dispersion de ten-

sion dans des dispositifs de fixation serrés selon l'in-

vention est de l'ordre de 1 à 2 %o supérieure, c'est-à-

dire dans la plage d'environ 3,2 à 4, 6 de la technique

plus élaborée.

10456

En ce qui concerne la prédétermination de T 1

etd( k' la Figure 2 montre les valeurs de T 1 etobek pré-

déterminées selon ce mode de réalisation de l'invention et, par conséquent, la seule condition de mesure réelle est la valeur de T 2.

La Figure 4 illustre un autre mode de réalisa-

tion d'un dispositif de serrage 128 selon l'invention.

Le dispositif 128 compcrte une clé 130 comprenant un mo-

teur 132, un arbre 134 d'entraînement de sortie et un

téton d'entraînement 136 L'arbre moteur 134 est entral-

né par le moteur 132 afin d'appliquer un cup le et faire tourner un dispositif de serrage engagé par le téton 136 La clé 130 est généralement entraînée par de l'air

comprimé, dont le débit est contrôlé au moyen d'un mo-

teur électrique ou un électro-aimant 138 Comme dans le mode de réalisation de la Figure 3, la clé 130 peut être du type décrit dans la demande de Brevet des Etats Unis d'Amérique N O 088 327 déposée le 25 Octobre 1979 au nom

de George D Hall.

La clé 130 comporte un capteur ou un transduc-

teur de couple 140 qui délivre un signal variable repré-

sentant le couple instantané appliqué au dispositif de

fixation Un transducteur ou codeur d'angle 142 qui pro-

duit des signaux représentant un accroissement angulaire de rotation du dispositif de fixation est monté sur la clé 130, de préférence associée avec l'arbre du moteur 132. Comme le montre la Figure 4, le dispositif de serrage 128 comporte également un circuit de commande 144 connecté à l'outil 130 par un conducteur électrique

146 aboutissant au transducteur de couple 140, un con-

ducteur électrique 148 aboutissant à la sortie du co-

deur d'angle 142 et un conducteur électrique 150 abou-

tissant à l'électro-aimant 138 pour arrêter l'outil 130 en réponse à la détermination faite dans le circuit

144 Ce dernier comporte un commutateur 152 de démar-

rage de cycle qui est de préférence logé dans l'outil , associé avec la poignée 154 de l'opérateur comme cela est décrit plus en détail dans la demande de Brevet

précitée Le commutateur 154 de démarrage de cycle rem-

plit également une fonction de mise au repos, en ce qu'il s'ouvre à la fin d'un cycle de serrage, et les composants

de mémoire du circuit 144 sont ramenés au repos.

Comme le montre la Figure, le circuit 144 com-

porte deux sous-circuits, un circuit 156 pour tenir comp-

te du couple prédominant T v et un circuitde calcul

principal 158 Le circuit 156 de couple prédominant com-

porte un temporisateur 160 connecté au commutateur 152 de démarrage de cycle par un conducteur 162 A la fin d'un court intervalle prédéterminé, le temporisateur est conducteur vers sa sortie 162 pour délivrer un signal à la fin de cet intervalle vers un circuit j 64 d'échantillonnage et maintien dont l'autre entrée est connectée au conducteur de couple 146 Bien entendu, le signal sur le conducteur de couple 146 représente le

couple prédominant T Cette valeur du couple prédomi-

pv nant T est délivrée et mémorisée dans le circuit

d'échantillonnage et maintien 164 Ce circuit 164 com-

porte une sortie 166 qui délivre un signal représentant Tpv comme cela sera expliqué plus en détail par la suite. La sortie 166 est connectée à une entrée d'un soustracteur 167 dont l'autre entrée est connectée au conducteur de couple 146 La sortie 168 du soustracteur délivre un signal représentant Ta qui est le cp Uple actuel T diminué du couple prédominant T pv Le circuit de calcul principal 158 comporte un comparateur 169 connecté à la sortie 168 et dont une

entrée 170 reçoit un signal représentant la valeur pré-

déterminée de T 1 Quand lavaleur de Ta dépasse T 1, le comparateur 169 délivre un signal à sa sortie 172 qui

est connectée à-un compteur 174 dont l'entrée est con-

nectée au conducteur d'angle 148 La sortie 176 du comp-

teur 174 est connectée à un convertisseur numérique-

10456

analogique 178 qui délivre à sa sortie un signal ana-

logique représentant l'angle franchi au-delà de T 1 La

sortie 180 du convertisseur 178 est connectée à un com-

parateur 182 dont une autre entrée 184 reçoit un signal représentant l'angle fixe ou prédéterminé représentant

l'incrément fixe ou prédéterminé d'angled k Le compa-

rateur 182 délivre donc un signal à sa sortie 186 quand l'angle mesuré audelà de T 1 est égal à l'intervalle

d'angle prédéterminé ik-

La sortie 186 de comparateur est connectée à un

circuit d'échantillonnage et maintien 188 dont une en-

trée est connectée à la sortie 168 du soustracteur.

Lorsqu'un signal apparait sur les deux conducteurs 168, 186, le circuit 188 devient conducteur vers sa sortie 190 pour délivrer un signal représentant la valeur de

couple T 2 La sortie 190 est connectée à un soustrac-

teur 192 dont une entrée 194 reçoit un signal représen-

tant la valeur prédéterminée T 1 La sortie -196 du sous-

tracteur 192 délivre donc un signal représentant la va-

leur de(T 2 T 1) qui est une valeur à considérer pour

terminer le calcul de l'équation ( 7).

La sortie 196 du soustracteur 192 est connectée à un multiplicateur 198 dont une entrée 2 00 reçoit un signal représentant A dans l'équation ( 7) qui est bien entendu le rapport entre la tension finale voulue FD et le taux de tension FR, divisé par l'accroissement d'angle constant 6 La sortie 202 du multiplicateur 198 délivre donc un signal représentant TD d'après

l'équation ( 7).

Lasortie 202 est connectée à un additionneur 204 dont l'une des entrées est connectée au conducteur 166 provenant du-circuit d'échantillonnage et maintien 164, et l'autre de ces entrées 206 recevant un signal représentant le couple de décalage T O La sortie 208

de l'additionneur 204 délivre donc un signal représen-

tant T de la manière suivante: T Dl = A(T 2 B) + Tos ( 14) qui est similaire à l'équation ( 10) à l'exception près qu'aucune disposition n'est prise pour la composante de couple de dépassement Tor Il faut noter qu'il est possible de tenir compte du dépassement en plaçant un soustracteur à la sortie 208 pour déduire la valeur de couple correspondant à un dépassement moyen, mesuré

en unités de couple, pour obtenir le résultat de l'équa-

tion ( 10).

Dans tous les cas, la sortie 208 est connectée à un comparateur 210 dont une entrée est connectée à la sortie 168 Quand la valeur de T est égale à TD 1,l a D le comparateur 210 est conducteur vers sa sortie 212, par le circuit logique 214 pour délivrer un signal carré d'arrêt sur le conducteur 150 vers l'électro-aimant

d'outil 138, arrêtant le serrage de l'assemblage.

Comme le montre la Figure 4, il peut être tenu compte du couple prédominant T si le comparateur 210 pv reçoit à une entrée le conducteur 168 qui transmet un

signal représentant T T pv Par conséquent, la compa-

pv raison faite est: FD T -Tpv FR (T 2 T 1) ( 15) qui se transforme en: FD 2 > 5T-FD (T 2 T 1) + Tpv ( 16)

qui est, bien entendu, l'équation de base ( 6).

De préférence, le circuit logique 214 est iden-

tique au circuit logique 72 et il comporte essentielle-

ment un circuit basculeur du type bien connu Le circuit logique 214 comporte un inverseur 216 dans un conducteur

218 connecté au commutateur 152 de démarrage de cycle.

Le circuit logique 214 comporte également deux portes NON-ET 220, 222, dont la sortie de chacune est

connectée en croix à l'une des entrées de l'autre porte.

L'entrée 228 de la porte 220 est connectée à l'inverseur

216 tandis que l'entrée 230 de la porte 222 est connec-

tée à la sortie de comparateur 212 dans le mode de réa-

10456

lisation de la Figure 4 ou pour sortir e commarateur

, 126 dans le mode de réalisation de la Figure 3.

La sortie 224 de la porte 220 est connectée à un tran-

sistor d'attaque 232 et au conducteur d'électro-aimant

150.

Au début du cycle de serrage, la fermeture du commutateur 152 de démarrage de cycle produit un signal sur le conducteur d'électro-aimant 150 pour démarrer l'outil 130 Quand le comparateur de couple 210 change

d'état, indiquant que le couple actuel T sur le cenduc-

teur de couple 146 est égal au signal sur le conducteur 208, le circuit logique 214 délivre un signal sur le conducteur d'électro-aimant 150 pour arrêter l'outil

Quand l'opérateurrrelache la poignée 154, le com-

mutateur de cycle 152 s'ouvre, ramenant au repos le cir-

cuit logique 214.

Dans le mode de réalisation de la Figure 3, la même séquence d'évènement se produit quand le signal

sur le conducteur 126 indique que le couple actuel ré-

glé To< est égal au paramètre d'arrêt de couple calculé T Dl' La même séquence d'évènements se déroule quand le comparateur 66 de couple prédominant détermine que le couple prédominant T Pv présenté par un dispositif de

fixation particulier dépasse la limite correspondante.

Il apparait que le mode de réalisation de la Figure 4 utilise des valeurs prédéterminées pour T 1 et k' mesure la valeur de T 2 apparaissant sur l'écart

prédéterminé Ok et calcule un paramètre d'arrêt en ré-

k

ponse à ces trois paramètres.

Il apparait également que les modes de réali-

sation des Figures 3 et 4 déterminent, pendant que le

serrage se trouve au-dessous du point de limite élasti-

que un élément qui peut être mis en corrélation avec

une contrainte, un paramètre d'arrêt de serrage qui va-

rie d'un assemblage à l'autre pour arrêter le serrage

à la valeur de tension finale voulue FD, ou au voisinage.

Il faut également noter que le mode de réali-

10456

sation de la Figure 4 diffère de celui de la Figure 3, par d'autres points que ceux imposés par les conditions des techniques différentes des déterminations du taux

de couple TR Plus particulièrement, le mode de réalisa-

tion de la Figure 4 ne produit pas un arrêt pour un couple prédominant T v lorsque ce dernier dépasse un

maximum prédéterminé Mais il-faut bien entendu remar-

quer que le mode de réalisation de la Fig 4 pourrait également produire l'arrêt par ce couple prédominant, si

cela était souhaité.

Il a été supposé dans le cadre de la présente

description que la composante de couple de dépassement

T pouvait être déterminée empiriquement en laboratoire or sous forme d'une valeur moyenne pour des dispositifs de fixation qui ont été serrés, et être utilisés simplement comme une réduction de TDî pour obtenir un paramètre d'arrêt plus élaboré Il faut bien entendu remarquer qu'une détermination plus précise du dépassement peut être prévue pendant le serrage de chaque dispositif de fixation Cette technique est largement décrite dans la demande de Brevet des Etats Unis d'Amérique NO 912 151 précité- Une telle valeur de T déterminée pendant or le serrage de chaque dispositif de fixation peut être

déduite de T Dl, comme cela semble évident.

Il est bien entendu que de nombreuses modifi-

cations peuvent être apportées aux modes de réalisation

décrits et illustrés à titre d'exemples nullement limi-

tatifs sans sortir du cadre ni de l'esprit de l'inven-

tion.

10456

Claims (13)

REVENDICATIONS

1 Appareil destiné à serrer un dispositif de

fixation à vis, caractérisé en ce qu'il comporte un ou-

til à moteur ( 26) destiné à appliquer des caractéristi-

ques d'entrée au dispositif de fixation, un dispositif de détection ( 36, 38) des caractéristiques d'entrée et

produisant des signaux quiles représentent, un disposi-

tif ( 40) réagissant aux signaux produits et à un rap-

port d'une valeur de tension finale voulue dans le dis-

positif de fixation et un taux de tension du dispositif de fixation, en déterminant un paramètre d'arrêt final, et un dispositif ( 34) qui interrompt le fonctionnement

de l'outil en réponse au paramètre d ' arrêt final.

2 Appareil selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que le dispositif de détection comporte un

dispositif ( 36) de détection du couple appliqué au dis-

positif de fixation et un dispositif ( 38) de détection d'une fonction de l'angle de rotation du dispositif de fixation.

3 Appareil selon la revendication 2, carac-

térisé en ce que le dispositif de détermination ( 40)

comporte un dispositif ( 54) réagissant aux signaux pro-

duits en calculant le paramètre d'arrêt final à partir

du rapport et de trois paramètres comprenant deux va-

leurs de couple et l'écart entre les deux valeurs de

couple.

4 Appareil selon la revendication 3, carac-

térisé en ce que le dispositif de détermination ( 4 o)

comporte un dispositif qui prédétermine, avant le serra-

ge, deux des trois paramètres, et un dispositif de dé-

termination du troisième paramètre pendant le serrage.

Appareil selon la revendication 4, carac- térisé en ce que le dispositif de prédétermination ( 40) comporte un dispositif qui introduit les deux valeurs

de couple et le dispositif de détection d'un troisième.

paramètre comporte un dispositif qui réagit aux deux valeurs de couple introduites et qui traite le signal

10456

provenant du dispositif de détection defonction d'angle

pour mesurer l'écart entre les deux valeurs de couple.

6 Appareil selon la revendication 5, carac-

térisé en ce que la première valeur de couple est infé-

rieure à la seconde valeur de couple et le dispositif

de détermination du troisième paramètre comporte un dis-

positif qui réagit à l'apparition d'une détection d'un couple équivalent à la seconde valeur de couple, pour mesurer l'écart entre les première et seconde valeurs

de couples.

7 Appareil selon la revendication 8, caracté-

risé en ce que le dispositif ( 38) de détection de ten-

sion d'angle comporte un dispositif qui détecte l'angle

de rotation du dispositif de fixation.

8 Appareil selon la revendication 4, caracté-

risé en ce que le dispositif de prédétermination ( 40) comporte un dispositif destiné à introduire une première des valeurs de couple et l'écart entre les deux valeurs

de couple, et-le dispositif de détermination de troisiè-

me paramètre comporte un dispositif qui réagit aux deux valeurs introduites et qui traite le signal provenant du dispositif de détection de couple pour mesurer une seconde des valeurs de couple à l'écart prédéterminé

de la première valeur de couple.

9 Appareil de serrage d'un assemblage compre-

nant un dispositif de fixation à vis, caractérisé en ce

qu'il comporte un outil à moteur ( 26) destiné à appli-

quer un couple et une rotation au dispositif de fixation, et comprenant un dispositif ( 36) de détection d'une fonction du couple appliqué au dispositif de fixation

et produisant un signal qui la représente et un disposi-

tif ( 38) de détection d'une fonction de la rotation du-

dispositif de fixation et produisant un signal qui la

représente, un circuit de commande ( 40) destiné à dé-

terminer, pendant le serrage au-dessous du point de li-

mite élastique d'un élément d'assemblage qui peut être

mis en corrélation avec une contrainte dans le disposi-

10456

tif de fixation, une variable d'un paramètre de serrage d'un assemblage à l'autre en réponse à trois paramètres détectés par le dispositif de détection, et contenant un dispositif de prédétermination avant serrage de deux des trois paramètres et un dispositif de détermination

pendant le serrage du troisième paramètre, et un dispo-

sitif ( 34) qui interrompt le fonctionnement de l'outil

en réponse à un paramètre d'arrêt final.

Appareil selon la revendication 9, carac-

térisé en ce que les trois paramètres comprennent deux valeurs de couple et l'écart entre les deux valeurs de couple.

11 Appareil selon la revendication 10, carac-

térisé en ce que le dispositif de prédétermination ( 40)

comporte un dispositif qui prédétermine les deux va-

leurs de couple et le dispositif de détermination com-

porte un dispositif qui détermine l'écart entre les deux

valeurs de couple.

12 Appareil selon la revendication Il, carac-

térisé en ce que le dispositif de détermination comporte

un dispositif qui détermine l'écart entre les deux va-

leurs de couple.

13 Appareil selon la revendication 12, carac-

térisé en ce que le dispositif de prédétermination com-

porte un dispositif d'introduction des deux valeurs de couple et le dispositif de détermination ( 40) comporte

un dispositif qui réagit aux deux valeurs de couple in-

troduites et qui traite le signal provenant du disposi-

tif de détection de rotation pour mesurer l'écart entre

les deux valeurs de couple.

14 Appareil selon la revendication 13, carac-

térisé en ce que la première valeur de couple est infé-

rieure à la seconde valeur de couple et le dispositif

de détermination de troisième paramètre comporte un dis-

positif qui réagit à l'apparition d'une détection de couple équivalente à la seconde valeur de couple pour mesurer l'écart entre lespremièxeet le seconde valeurs

10456

de couple.

Appareil selon la revendication 14, carac-

térisé en ce que ledit dispositif ( 38) de détection de fonction de rotation comporte un dispositif qui détecte l'angle de rotation du dispositif de fixation.

16 Appareil selon la revendication 10, carac-

térisé en ce que le dispositif de prédétermination ( 4 o) comporte un dispositif qui introduit une première des valeurs de couple et le dispositif de détermination de troisième paramètre comporte un dispositif qui réagit aux deux valeurs introduites et qui traite le signal du

dispositif de détection de couple pour mesurer une secon-

de des valeurs de couple à l'écart prédéterminé de la

première valeur de couple.