FR3140424A1 - Dispositif et procédé de surveillance de l’état de serrage d’un organe de liaison - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de détection (2) d’une modification de l’état de serrage d’une pièce mécanique (9), comprenant : - un corps (4) comprenant une partie d’attache présentant des flancs (12) jointifs deux à deux, chaque flanc (12) étant de manière à épouser au moins en partie le contour extérieur de la pièce mécanique (9), et au moins un compartiment (8) ; - un capteur et une unité de contrôle (3), le capteur générant un signal de mesure représentatif d’un paramètre de la pièce mécanique (9) et l’unité de contrôle (3) étant configurée pour recevoir le signal du capteur et pour transmettre à une plateforme de traitement (1) un signal de surveillance incluant un identifiant de la pièce mécanique (9) et des données utilisables par la plateforme de traitement (1) pour déterminer un état de serrage de la pièce mécanique (9). Figure pour l’abrégé : Fig. 2
Description
La présente demande concerne de manière générale le domaine de la maintenance et de la surveillance des installations industrielles, ouvrages de génie civil et équipements de transport, et plus particulièrement la surveillance de l’état de serrage, de l’environnement et du comportement d’organes de liaison mécanique utilisées dans ces installations, ouvrages et équipements de transport.
Dans les installations industrielles, les ouvrages de génie civil mais aussi les équipements de transport, en particulier pour les équipements pourvus de composants mécaniques, il est indispensable que les liaisons par serrage de certains de ces composants, considérés comme critiques, soient garanties.
La criticité caractérise un état qui, s’il est perdu, rendrait l’installation ou l’ouvrage instable, ou lui ferait perdre son intégrité, ces situations pouvant impacter la sécurité de l’installation ou de l’ouvrage et atteindre gravement à la sécurité des biens et des personnes.
Ces composants peuvent subir des vibrations en raison de sollicitations vibratoires ou de multiple déplacements inhérents au fonctionnement normal de l’installation, ou subir des contraintes physiques particulières, notamment la présence d’humidité et de variation de température.
De telles sollicitations peuvent conduire à ce que les liaisons de serrage de ces composants se perdent et conduisent à des dysfonctionnements des composants auxquels ils sont liés, et entraînent de graves conséquences comme la perte d’intégrité de cette installation ou de ces ouvrages.
Il s’agit en particulier de surveiller la visserie non facilement accessible à l’opérateur pour une surveillance par contrôle visuel, à moins d’investir des moyens complexes et couteux.
Plus précisément, dans le milieu industriel, de nombreuses pièces mécaniques sont assemblées par des boulons (vis ou goujon et écrou). Ces derniers sont fortement sollicités par l’environnement contraignant du milieu industriel (vibrations, efforts mécaniques, températures, humidité, corrosion, etc.)
Pour assurer la sécurité de fonctionnement des machines ainsi que la sécurité des personnes, le contrôle de serrage représente une activité de maintenance obligatoire.
À ce jour, les contrôles sont faits de manière visuelle. Au vu du nombre de boulons, cette opération est lourde et à forts enjeux sur la sécurité.
De plus, les moyens de serrage sont parfois difficilement accessibles et peuvent nécessiter de déployer des moyens d’accès particuliers (cordistes, échafaudages, travail sur voie de chemin de fer en fonctionnement, etc.), moyens qui ne sont pas sans risque pour l’opérateur. Par exemple un boulon situé à plusieurs dizaines de mètres d’altitude dans les viaducs peut nécessiter des contrôles réguliers qui nécessitent la mise en place d’opérations à risques.
La même situation se retrouve lorsqu’il faut contrôler les liaisons situées au point le plus haut de ponts roulants situés à plusieurs mètres de hauteur.
Ces moyens de serrage peuvent être situés dans des endroits très variées. Ils peuvent notamment être, en hauteur, au sein d’une installation à accès difficile, dans des milieux aqueux, etc. Cette situation impose d’adapter les contrôles de l’état de liaison.
En effet, ces équipements peuvent être sur des pièces :
- Fixes ;
- Répétant toujours le même mouvement : par exemple sur un pont roulant, dans un train ;
- Ayant un mouvement non prévisible : par exemple un avion.
Les gains majeurs liés au contrôle de ce moyens de serrage sont :
- La sécurité des personnes ;
- La sécurité des installations industrielles ;
- La performance et précision des contrôles.
En fonction de l’application, le desserrage peut avoir des conséquences importantes.
Dans certaines situations, des vis desserrées peuvent engendrer des risques en termes de sécurité dans une échelle de gravité allant de moyenne à très grave.
Dans une installation industrielle, un écrou desserré peut entraîner l’arrêt d’une usine de production, très pénalisante économiquement pour l’exploitant.
Dans un ouvrage de génie civil, c’est la stabilité de l’ouvrage qui peut être mise en jeu.
Il existe deux principaux types de desserrage :
- Le desserrage spontané, qui se produit surtout lorsqu’un boulon tourne et se desserre suite à un choc, une vibration ou à des charges dynamiques. Les vibrations ont pour origine plusieurs causes endogènes (exemples non limitatifs : machines tournantes, déplacements de ponts roulants…) ou exogènes à l’installation (exemple non limitatif : le vent sur un viaduc).
- Le relâchement, qui est dû à trois mécanismes : le tassement, le fluage et la relaxation. Dans ce cas, la période de desserrage est beaucoup plus longue.
Des exemples de conséquences de tels desserrage peuvent malheureusement être trouvées dans les secteurs ferroviaire et aéronautique.
Des solutions déjà connues ont été proposées pour tenter de résoudre ce type de problème.
Les solutions actuellement en place sont de deux types, à savoir visuelles et mécaniques.
Les solutions visuelles comprennent soit un matériel, soit un marqueur visuel. Elles sont particulièrement bien adaptées aux boulons facilement accessibles, par exemple ceux qui sont montés sur les roues d’un véhicule tel qu’un bus, mais inapplicables dans le cas contraire.
Un but de la présente demande est de remédier aux inconvénients précités, en proposant un dispositif de détection permettant de surveiller l’état de serrage d’une pièce mécanique, telle qu’un organe de liaison, par exemple un boulon ou tout autre système de visserie, qui ne nécessite pas un contrôle visuel et l’installation et le remplacement ne nécessitent pas de démonter la pièce mécanique.
Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention, un dispositif de détection d’une modification de l’état de serrage d’une pièce mécanique comportant une tête polygonale présentant un contour extérieur à N faces, où N > 2, comprenant :
- un corps comprenant une partie d’attache conformée pour coopérer avec la tête polygonale, la partie d’attache présentant au moins deux flancs jointifs deux à deux, chaque flanc étant agencé pour venir en contact avec une face respective du contour extérieur, de manière à épouser au moins en partie le contour extérieur de la tête polygonale, et au moins un compartiment ;
- un capteur principal et une unité de contrôle logés dans le compartiment, le capteur principal étant propre à générer un signal de mesure représentatif d’un paramètre de position de la pièce mécanique et l’unité de contrôle étant configurée pour recevoir le signal de mesure en provenance du capteur principal et pour transmettre à une plateforme de traitement distante un signal de surveillance incluant un identifiant de la pièce mécanique et des données propres à être utilisées par la plateforme de traitement pour déterminer un état de serrage de la pièce mécanique, ces données comprennent ou ayant été obtenues à partir du paramètre de position de la pièce mécanique mesuré par le capteur principal.
Comme l’unité de contrôle est apte à communiquer avec la plateforme de traitement distante, il n’est nécessaire de procéder à un contrôle visuel sur place.
De plus, le dispositif peut être installé et désinstallé sur la pièce mécanique, grâce la partie d’attache qui coopère avec la tête polygonale de la pièce mécanique, sans qu’il soit nécessaire de démonter la pièce mécanique.
Le dispositif est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- Les données du signal de surveillance comprennent le paramètre de position de la pièce mécanique mesuré par le capteur principal ;
- L’unité de contrôle est configurée pour comparer le paramètre de position de la pièce mécanique mesuré par le capteur principal avec un paramètre de position de la pièce mécanique de référence et pour en déduire un état de serrage de la pièce mécanique, et les données du signal de surveillance comprennent l’état de la pièce mécanique ;
- L’unité de contrôle est configurée pour calculer une différence entre le paramètre de position de la pièce mécanique mesuré par le capteur principal et le paramètre de position de la pièce mécanique de référence, et dans le cas où la différence calculée est supérieure à un seuil de tolérance prédéfini, en déduire que l’état de serrage de la pièce mécanique est dans un état non-conforme ;
- Le seuil de tolérance prédéfini est un seuil de tolérance transmis par la plateforme de traitement à l’unité de contrôle ;
- le corps comprend plusieurs compartiments et plusieurs capteurs principaux, chaque capteur principal étant logé dans un compartiment respectif du corps, et l’unité de contrôle est configurée pour recevoir les signaux de mesure en provenance des capteurs principaux et dans lequel le signal de surveillance inclut des données propres à être utilisées par la plateforme pour déterminer un état de serrage de la pièce mécanique, ces données comprenant ou ayant été obtenues à partir des paramètres de position mesurés par les capteurs principaux ;
- Un capteur auxiliaire propre à générer un signal de mesure représentatif d’un paramètre environnemental, choisi parmi : une température de l’air ambient, une pression atmosphérique, un degré d’hygrométrie, une amplitude de vibration de la pièce mécanique, ou une combinaison de plusieurs de ces paramètres, le capteur auxiliaire étant logé dans un compartiment du corps, et l’unité de contrôle est configurée pour recevoir le signal de mesure en provenance du capteur auxiliaire, et dans lequel les données du signal de surveillance comprennent ou ont été obtenues à partir du paramètre environnemental mesuré par le capteur auxiliaire ;
- Le ou les capteur(s) principal(aux) comprennent un gyroscope, un accéléromètre, un magnétomètre ou une combinaison de plusieurs de ces capteurs ;
- Une source d’énergie pour alimenter l’unité de contrôle ;
- La source d’énergie comprend un panneau solaire monté sur le corps et propre à générer de l’énergie électrique à partir d’un rayonnement lumineux éclairant le panneau solaire ;
- La source d’énergie comprend un transducteur propre à convertir des vibrations de la pièce mécanique, une variation de température ou une variation d’un champ magnétique, en énergie électrique ;
- La source d’énergie comprend une batterie ;
- L’unité de contrôle comprend un émetteur-récepteur radiofréquence propre à émettre un signal d’activation pour activer un marqueur fixé à la pièce mécanique, et à recevoir un signal d’identification en provenance du marqueur, le signal d’identification comprenant l’identifiant de la pièce mécanique ;
- Un capot propre à être fixé que le corps pour fermer l’un des compartiments de façon hermétique à l’air et à l’humidité ;
- Le contour extérieur de la tête polygonale comprend N faces et la partie d’attache du corps comprend n flancs, le dispositif comprenant en outre une pièce de fermeture comprenant N-n flancs, la pièce de fermeture étant propre à être fixée sur le corps de manière à ce que les flancs du corps et de la pièce de fermeture épousent la totalité du contour extérieur de la tête polygonale ;
- Un aimant propre à générer un champ magnétique pour solidariser le corps sur la tête polygonale.
L’invention concerne également une installation comprenant un dispositif de détection d’une modification de l’état de serrage d’une pièce mécanique, et une plateforme de traitement distante propre à recevoir le signal de surveillance émis par l’unité de contrôle du dispositif et à déterminer un état de serrage de la pièce mécanique à partir des données contenues dans le signal de surveillance.
L’installation selon l’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- Plusieurs dispositifs de détection, chaque dispositif de détection étant propre à détecter une modification de l’état de serrage d’une pièce mécanique associée respective ;
- La plateforme de traitement est configurée pour recevoir des signaux de surveillance en provenance des différents dispositifs de détection, et pour évaluer un état d’une infrastructure comprenant les pièces mécaniques à partir des identifiants des pièces mécaniques et des données contenues dans les signaux de surveillance ;
- L’état de l’infrastructure évalué comprend un état de déformation de l’infrastructure.
L’invention concerne également un procédé de surveillance d’une infrastructure à partir d’une installation selon l’invention, dans lequel chaque dispositif de détection est monté sur une pièce mécanique de l’infrastructure, la pièce mécanique comportant une tête polygonale, le procédé comprenant des étapes de :
- réception par la plateforme de traitement de signaux de surveillance en provenance des différents dispositifs de détection, et
- détermination par la plateforme d’un état de serrage de chaque pièce mécanique, à partir des signaux de surveillance.
Le procédé est complété par les étapes suivantes :
- la plateforme transmet à l’unité de contrôle de chaque dispositif de détection un seuil de tolérance, et
- chaque unité de contrôle calcule une différence entre un paramètre de position de la pièce mécanique mesuré et un paramètre de position de la pièce mécanique de référence, et dans le cas où la différence calculée est supérieure au seuil de tolérance, l’unité de contrôle en déduit que l’état de serrage de la pièce mécanique est dans un état non-conforme.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La illustre une vue schématique d’ensemble d’un exemple d’installation de surveillance conforme à un mode de réalisation de l’invention ;
La illustre un exemple de dispositif de détection installé sur une pièce mécanique selon un mode de réalisation de l’invention ;
La illustre un exemple de procédé d’installation d’un dispositif de détection sur une liaison mécanique ;
La illustre un exemple de procédé de surveillance, par une installation conforme à l’invention, d’une infrastructure ;
La illustre un exemple de procédé de maintenance d’un dispositif de détection installé sur une liaison mécanique ;
La illustre un autre exemple de procédé de surveillance, par une installation conforme à l’invention, d’une infrastructure ;
La illustre un exemple d’un autre procédé de surveillance d’une infrastructure par une installation conforme à l’invention ;
La illustre un exemple d’un autre mode de réalisation d’un dispositif de détection ;
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques ;
Dans la présente demande, une vis est un moyen de fixation ou d’assemblage, comportant deux éléments principaux, une tige cylindrique filetée partiellement ou totalement, et une tête.
Un goujon est une tige métallique cylindrique dont les extrémités sont filetées.
Un écrou est une pièce métallique qui s’insère sur la tige filetée de la vis ou du goujon. Il peut être rond, polygonal et plus particulièrement en forme de polygone régulier, ou d’une forme spéciale comme par exemple les écrous à oreilles. Ils ont le même diamètre interne qu’une vis associée et ont pour rôle de la bloquer.
L’ensemble de fixation vis et écrou ou goujon et écrou forme un boulon, celui-ci étant un moyen de liaison pouvant être serré ou desserré.
La illustre une installation comprenant une plateforme de traitement distante 1 informatique, une pluralité de dispositifs de détection 2 montés sur une infrastructure industrielle ou un équipement de transport 7 et un terminal utilisateur 6.
Dans le mode de réalisation, l’infrastructure industrielle 7, par exemple un pont, a chacun de ses éléments de liaisons mécaniques critiques doté d’un dispositif de détection 2. Par exemple, les boulons supportant les plus fortes contraintes et dont le desserrage représente un danger structurel pour le pont sont ceux les plus propices pour être équipés d’un dispositif de détection 2. Ces boulons 9 peuvent être marqués par des identifiants 5, par exemple des étiquettes de type RFID associé au dispositif lors de son installation. Le dispositif 2 communique avec la plateforme 1 en utilisant l’identifiant de l’étiquette 5 et la plateforme 1 est renseignée à l’avance de la position associée à l’identifiant. Chaque dispositif de détection 2 surveille l’état de serrage du boulon 9 auquel il est associé et communique avec la plateforme de traitement distante 1 en émettant un signal de surveillance qui contient les données des capteurs inclus dans le dispositif 2. La plateforme 1 traite les données brutes reçues des dispositifs 2 et les compare avec des seuils de tolérance prédéfinis. Si les seuils sont dépassés, la plateforme 1 alerte les équipes de maintenance en indiquant les points précis où des interventions sont nécessaires et l’ampleur générale de l’affaiblissement structurel, déterminé par le nombre et la position des dispositifs de détection 2.
Les données fournies par les dispositifs de détection 2 peuvent être utilisées par la plateforme de traitement 1 au-delà d’une surveillance continue ou à court terme, par exemple en les utilisant pour observer chronologiquement la tenue des boulons 9 et la corréler aux autres informations environnementales fournies par les capteurs des dispositifs 2, comme la température, l’humidité, la pression atmosphérique et les vibrations de l’infrastructure 7. Ces données ainsi que toute autre qu’il est possible de mesurer avec l’ensemble des capteurs placés sur l’infrastructure 7 sont traités par des modèles algorithmiques ou d’intelligence artificielle et servent aussi à leur élaboration.
La détection de signes précurseurs d’affaiblissement des liaisons liés à aux vibrations, à l’environnement… permet d’optimiser la sécurité et la performance des structures et équipements industriels.
Sur la , le dispositif de détection 2 comprend un corps 4 et un compartiment 8.
Le corps 4 est par exemple en matière plastique, préférentiellement déformable élastiquement. Le corps 4 comprend ici un nombre de flancs 12, inférieur au nombre de côté du polygone formé par la pièce 11. Chaque flanc 12 comprend une cloison présentant une face interne et une face externe. Pour un boulon 9 standard, le corps 4 peut comprendre quatre flancs 12, chaque flanc 12 présentant une face interne 13 propre à être disposée en contact avec une face externe de la tête de l’écrou 11. Autrement dit, les surfaces des faces forment un prisme de section hexagonale régulier.
La face externe 14 de l’un des flancs 12 définit l’une des faces du compartiment 8. Le compartiment 8 est destiné à abriter des équipements. Les équipements comprennent une unité de contrôle 3 dont on expliquera plus loin la fonction.
Un tel dispositif est dimensionné pour être positionné contre et autour d’un écrou 11, par les forces de rappel qu’exercent les flancs 12 précités.
Dans ce mode de réalisation, chaque dispositif de détection 2 comprend une unité de contrôle 3. L’unité de contrôle 3 comprend un capteur principal, un ou plusieurs capteurs auxiliaire(s) et un module de communication
L’unité de contrôle 3 est par exemple constituée d’une carte électronique à microcontrôleur.
Le capteur principal est configuré pour mesurer la position du dispositif 2, afin de pouvoir en déduire l’état de serrage de la pièce mécanique 9. Par exemple, le capteur principal comprend un accéléromètre, un gyroscope multiaxes ou un magnétomètre multiaxes.
Les capteurs auxiliaires permettent à la plateforme distante 1 d’obtenir des informations supplémentaires, notamment par rapport à l’environnement du dispositif 2. Les capteurs auxiliaires sont configurés pour mesurer par exemple la température, l’humidité et/ou la pression ambiante.
Le module de communication est configuré pour émettre et recevoir des signaux à longue comme à courte portée.
En particulier, le module de communication est configuré pour communiquer avec la plateforme distante 1. Le module de communication est propre à émettre un signal de surveillance via des protocoles LPWAN (LoRaWAN et Sigfox).
Le signal de surveillance comprend des données représentatives de l’état du dispositif 2, tel que par exemple un niveau de batterie, une version de firmware. A courte portée, les protocoles RFID sont utilisés pour dialoguer avec l’étiquette d’identification 5 de la visserie et les protocoles Bluetooth ou NFC avec d’autres dispositifs 2 ou le terminal utilisateur 6 permettant la maintenance du dispositif sur site ainsi que la lecture des données en temps réel de l’unité 3.
Le dispositif 2 peut comprendre en outre une batterie, ainsi qu’un système de récupération d’énergie comme par exemple des panneaux solaires, un transducteur vibratoire, à effet pelletier ou magnétique. L’unité de contrôle 3 est alimentée par la batterie, suppléée par le système de récupération d’énergie.
Comme illustré sur la , le processus d’installation d’un dispositif de surveillance 2 comprend les étapes suivantes :
- Etape A0 Installation : Le dispositif de surveillance 2 est installé sur l’écrou 11 ou la visserie 10 concernée.
- Etape A1 Association : L’écrou 11 et le dispositif de surveillance 2 sont associés ensemble d’un point de vue logiciel. Si l’écrou 11 est identifié à l’aide d’une étiquette de reconnaissance 5 (RFID par exemple), l’unité de contrôle 3 reconnait automatiquement l’écrou 11 et transmet un identifiant de l’écrou à la plateforme de traitement distante 1.
- Etape A2 Configuration : L’unité de contrôle est étalonnée à un point 0 qui servira de position référence pour la suite des contrôles. Cette étape peut se faire depuis le dispositif 2, depuis un système de maintenance local 6 ou depuis la plateforme centralisée 1. Le paramétrage du système permet alors depuis le système de maintenance local 6 ou depuis la plateforme centralisée 1 de fixer les types de traitement à appliquer aux mesures en fonction du contexte et de paramétrer les seuils de tolérance déclenchant les alertes.
- Etape A3 Validation : Le dispositif 2 est mis en service.
Comme illustré sur la , le procédé de fonctionnement de la plateforme 1 comprend les étapes suivantes :
- Etape E0 Réception : l’unité de contrôle 3 du dispositif 2 transmet à la plateforme de traitement distante 1 un signal de surveillance contenant l’identifiant du boulon 9 et les mesures des capteurs.
- Etape E1 Calcul : la plateforme 1 calcule la différence entre les paramètres de position relevés par les capteurs et la position de référence en mémoire pour cette liaison mécanique 9.
- Etape E2 Comparaison : la plateforme 1 compare ensuite la différence à un seuil de tolérance.
- Etape E3 Information : la plateforme 1 renvoie une information de non-conformité en cas d’anomalie à l’aide d’une interface utilisateur adaptée.
Sur la , le procédé de maintenance comprend les étapes suivantes :
- Etape B0 Démontage : Le dispositif 2 est démonté de son support et la surveillance est suspendue automatiquement ou manuellement.
- Etape B1 Resserrage : Les actions de maintenance sont effectuées sur la visserie 9 (resserrage par exemple).
- Etape B2 Installation : Le dispositif 2 est à nouveau mis en position sur la visserie 9. Si la visserie ou le boulon 9 sont équipés d’un système d’identification 5 (RFID par exemple), l’unité de contrôle vérifie le bon appairage.
- Etape B3 Configuration : Le nouveau point 0 est paramétré dans le système, soit directement via un bouton physique sur le dispositif 2, ou alors depuis le système de maintenance 6 et ou la plateforme centralisée 1.
- Etape B4 Validation : Le dispositif 2 est remis en service.
Dans un mode de réalisation alternatif illustré sur la , le dispositif de surveillance 2 ne communique pas les mesures des capteurs à la plateforme distante 1, mais l’unité de contrôle 3 effectue les opérations de calcul et communique le résultat à la plateforme distante 1. Le procédé comprend les étapes suivantes :
- Etape F0 Réception : l’unité de contrôle 3 du dispositif 2 reçoit de la plateforme de traitement distante 1 le seuil de tolérance applicable au boulon 9 identifié.
- Etape F1 Calcul : l’unité de contrôle 3 calcule la différence entre les paramètres de position les plus récent relevés par les capteurs et la position initiale de référence en mémoire.
- Etape F2 Comparaison : l’unité de contrôle 3 compare ensuite la différence au seuil de tolérance reçu.
- Etape F3 Information : l’unité de contrôle 3 communique à la plateforme de traitement 1 une information de non-conformité en cas d’anomalie.
Dans un autre mode de réalisation illustré sur la et adapté plus particulièrement aux visseries en mouvement comme un boulon sur un équipement de transport, le dispositif de surveillance 2 et la plateforme de traitement 1 coopèrent pour pondérer les mesures de position du dispositif par des mesures du régime vibratoire selon les étapes suivantes :
Etape G1 : Déterminer le positionnement initial de l’écrou 11 en 3 dimensions sur des axes X, Y et Z (en s’appuyant sur les données accélérométrique, gyroscopique et magnétique des capteurs principaux du dispositif 2)
Etape G2 : Déterminer après une période d’apprentissage automatique l’enveloppe vibratoire nominale du système sur lequel le dispositif est installé. Cette enveloppe vibratoire est constituée :
- d’un niveau crête à crête,
- d’un niveau efficace (RMS),
- des fréquences et amplitudes remarquables déterminées par une analyse fréquentielle.
Etape G3 : Déterminer un risque de desserrage de l’écrou 11 suite à :
- Un changement de positionnement de l’écrou 11 en 3 dimensions sur les axes X, Y et Z (si l’écrou 11 est mobile le changement de positionnement peut être détecté par rapport à un dispositif 2 voisin mobile sur une pièce similaire).
- Un changement de l’enveloppe vibratoire du système sur lequel le dispositif 2 est installé et cela sur un nombre de cycles supérieur à celui configuré dans la plateforme distante 1. Les seuils de tolérances ainsi que le nombre de cycles à atteindre pour lever une alerte lors d’une étape G4 sont configurables dans la plateforme distante 1 au cours de l’étape G0.
Dans le cas précédemment cité où plusieurs unités de contrôle 3 sont nécessaires pour élaborer l’ensemble des statistiques de desserrage, l’une des unités de contrôle 3 pourra être désignée comme « maitre » et piloter les unités de contrôle 3 adjacentes pour qu’elles réalisent les acquisitions de données de manière synchrone.
Il également possible de doter l’unité de contrôle 3 du dispositif de surveillance 2 d’un système intelligent de traitement des mouvements de l’infrastructure 7 (notamment filtrage du « bruit » vibratoire et des accélérations), visant à éliminer certaines données non utiles aux besoins ici cités. Ces mécanismes permettent notamment de réaliser la détection de mouvements complexes par corrélation de données (relatives entre plusieurs dispositifs de surveillance 2 ou non). Les données analogiques en provenance de différents capteurs principaux (centrale à inertie, magnétomètre, etc…) seront filtrées quand cela est nécessaire par un filtre analogique réglable. Un filtrage numérique des données sera ensuite réalisé par le microcontrôleur de l’unité de contrôle 3 pour sélectionner des fenêtres temporelles adéquates pour l’analyse des données par la centrale de traitement distante. L’analyse est ensuite réalisée par des algorithmes spécifiques couplés à des modèles d’intelligence artificielle embarquée permettant de détecter des modifications des signaux, indiquant ainsi un comportement anormal de la visserie 9. Cette analyse peut être réalisée alternativement par l’unité de contrôle 3 du dispositif ou par la plateforme de traitement 1.
D’autres modes de réalisations complètent avantageusement les exemples déjà décrit.
Dans une de ces variantes, visible , les compartiments 8b du dispositif de surveillance 2 sont fermés de façon hermétique. Ainsi l’unité de contrôle 3 et les capteurs ne sont pas exposés à l’environnement externe, ce qui permet au dispositif 2 de résister aux intempéries ou d’être immergé.
De plus, pour s’adapter à n’importe quelle visserie, en particulier les têtes polygonales et les écrous non standard, le corps 4 du dispositif de surveillance 2 peut comporter un nombre plus ou moins élevé de flancs 12 ou de compartiments 8. Il est également possible de lier les flancs situés aux extrémités du corps 4 à l’aide d’une pièce de fermeture 15 conformé pour s’y attacher, de sorte que le dispositif de surveillance 2 épouse toutes les faces de la tête polygonale en y exerçant une contrainte le maintenant en place. Sur la , la pièce de fermeture 15 est engagée par coulissement dans des rails placés aux extrémité du corps 4 et de forme complémentaire à l’extrémité de la pièce de fermeture 15.
Dans un autre mode de réalisation, il serait également possible de sceller chaque compartiment 8 de façon hermétique avec un capot amovible.
Pour des pièces mécaniques requérant une fixation forte du dispositif, il est prévu de lui adjoindre un électroaimant ou un aimant permanent, logé dans un compartiment 8 ou 8b supplémentaire et émettant un champ magnétique suffisant pour obtenir une force d’attraction dimensionnée pour immobiliser le dispositif sur la pièce mécanique. Cela est particulièrement utile pour la visserie des équipements de transport ou des machines industrielles.
L’installation des dispositifs 2 est donc non intrusive et peut s’effectuer sans disposer d’aucun outil et sans démonter les pièces mécaniques sur lesquelles viennent s’installer les dispositifs.
Des compartiments 8 ou 8b supplémentaires peuvent être ajoutés pour loger le ou les système(s) de récupération d’énergie permettant d’alimenter l’unité de contrôle, l’électroaimant, la batterie ou tout autre composant. Le dispositif 2 est donc autonome énergiquement et peut assurer la surveillance pour une longue durée.
Claims (22)
- Dispositif de détection (2) d’une modification de l’état de serrage d’une pièce mécanique (9) comportant une tête polygonale (11) présentant un contour extérieur à N faces, où N > 2, comprenant :
- un corps (4) comprenant une partie d’attache conformée pour coopérer avec la tête polygonale (11), la partie d’attache présentant au moins deux flancs (12) jointifs deux à deux, chaque flanc (12) étant agencé pour venir en contact avec une face respective du contour extérieur, de manière à épouser au moins en partie le contour extérieur de la tête polygonale (11), et au moins un compartiment (8) ;
- un capteur principal et une unité de contrôle (3) logés dans le compartiment (8), le capteur principal étant propre à générer un signal de mesure représentatif d’un paramètre de position de la pièce mécanique (9) et l’unité de contrôle (3) étant configurée pour recevoir le signal de mesure en provenance du capteur principal et pour transmettre à une plateforme de traitement (1) distante un signal de surveillance incluant un identifiant de la pièce mécanique (9) et des données propres à être utilisées par la plateforme de traitement (1) pour déterminer un état de serrage de la pièce mécanique (9), ces données comprennent ou ayant été obtenues à partir du paramètre de position de la pièce mécanique (9) mesuré par le capteur principal. - Dispositif de détection (2) selon la revendication 1, dans lequel les données du signal de surveillance comprennent le paramètre de position de la pièce mécanique (9) mesuré par le capteur principal.
- Dispositif de détection (2) selon la revendication 1, dans lequel l’unité de contrôle (3) est configurée pour comparer le paramètre de position de la pièce mécanique (9) mesuré par le capteur principal avec un paramètre de position de la pièce mécanique (9) de référence et pour en déduire un état de serrage de la pièce mécanique (9), et les données du signal de surveillance comprennent l’état de la pièce mécanique (9).
- Dispositif de détection (2) selon la revendication 3, dans lequel l’unité de contrôle (3) est configurée pour calculer une différence entre le paramètre de position de la pièce mécanique (9) mesuré par le capteur principal et le paramètre de position de la pièce mécanique (9) de référence, et dans le cas où la différence calculée est supérieure à un seuil de tolérance prédéfini, en déduire que l’état de serrage de la pièce mécanique (9) est dans un état non-conforme.
- Dispositif de détection (2) selon la revendication 4, dans lequel le seuil de tolérance prédéfini est un seuil de tolérance transmis par la plateforme de traitement (1) à l’unité de contrôle (3).
- Dispositif (2) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le corps (4) comprend plusieurs compartiments (8) et plusieurs capteurs principaux, chaque capteur principal étant logé dans un compartiment (8) respectif du corps, et l’unité de contrôle (3) est configurée pour recevoir les signaux de mesure en provenance des capteurs principaux et dans lequel le signal de surveillance inclut des données propres à être utilisées par la plateforme (1) pour déterminer un état de serrage de la pièce mécanique (9), ces données comprenant ou ayant été obtenues à partir des paramètres de position mesurés par les capteurs principaux.
- Dispositif (2) selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant un capteur auxiliaire propre à générer un signal de mesure représentatif d’un paramètre environnemental, choisi parmi : une température de l’air ambient, une pression atmosphérique, un degré d’hygrométrie, une amplitude de vibration de la pièce mécanique (9), ou une combinaison de plusieurs de ces paramètres, le capteur auxiliaire étant logé dans un compartiment (8) du corps, et l’unité de contrôle (3) est configurée pour recevoir le signal de mesure en provenance du capteur auxiliaire, et dans lequel les données du signal de surveillance comprennent ou ont été obtenues à partir du paramètre environnemental mesuré par le capteur auxiliaire.
- Dispositif (2) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le ou les capteur(s) principal(aux) comprennent un gyroscope, un accéléromètre, un magnétomètre ou une combinaison de plusieurs de ces capteurs.
- Dispositif (2) selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant une source d’énergie pour alimenter l’unité de contrôle (3).
- Dispositif (2) selon la revendication 9, dans lequel la source d’énergie comprend un panneau solaire monté sur le corps (4) et propre à générer de l’énergie électrique à partir d’un rayonnement lumineux éclairant le panneau solaire.
- Dispositif (2) selon l’une des revendications 9 et 10, dans lequel la source d’énergie comprend un transducteur propre à convertir des vibrations de la pièce mécanique (9), une variation de température ou une variation d’un champ magnétique, en énergie électrique.
- Dispositif (2) selon l’une des revendications 9 à 11, dans lequel la source d’énergie comprend une batterie.
- Dispositif (2) selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel l’unité de contrôle (3) comprend un émetteur-récepteur radiofréquence propre à émettre un signal d’activation pour activer un marqueur fixé à la pièce mécanique (9), et à recevoir un signal d’identification en provenance du marqueur, le signal d’identification comprenant l’identifiant de la pièce mécanique (9).
- Dispositif (2) selon l’une des revendications 1 à 13, comprenant un capot propre à être fixé que le corps (4) pour fermer l’un des compartiments de façon hermétique à l’air et à l’humidité.
- Dispositif (2) selon l’une des revendications 1 à 14, dans lequel le contour extérieur de la tête polygonale (11) comprend N faces et la partie d’attache du corps (4) comprend n flancs (12), le dispositif comprenant en outre une pièce de fermeture (15) comprenant N-n flancs (12), la pièce de fermeture (15) étant propre à être fixée sur le corps (4) de manière à ce que les flancs du corps (4) et de la pièce de fermeture (15) épousent la totalité du contour extérieur de la tête polygonale (11).
- Dispositif (2) selon l’une des revendications 1 à 15, comprenant un aimant propre à générer un champ magnétique pour solidariser le corps (4) sur la tête polygonale (11).
- Installation comprenant un dispositif de détection (2) d’une modification de l’état de serrage d’une pièce mécanique (9) conforme à l’une des revendications 1 à 16, et une plateforme de traitement distante (1) propre à recevoir le signal de surveillance émis par l’unité de contrôle (3) du dispositif (2) et à déterminer un état de serrage de la pièce mécanique (9) à partir des données contenues dans le signal de surveillance.
- Installation selon la revendication 17, comprenant plusieurs dispositifs de détection (2) conformes à l’une des revendications 1 à 14, chaque dispositif de détection (2) étant propre à détecter une modification de l’état de serrage d’une pièce mécanique (9) associée respective.
- Installation selon la revendication 18, dans laquelle la plateforme de traitement (1) est configurée pour recevoir des signaux de surveillance en provenance des différents dispositifs de détection (2), et pour évaluer un état d’une infrastructure (7) comprenant les pièces mécaniques (9) à partir des identifiants des pièces mécaniques et des données contenues dans les signaux de surveillance.
- Installation selon la revendication 19, dans laquelle l’état de l’infrastructure (7) évalué comprend un état de déformation de l’infrastructure (7).
- Procédé de surveillance d’une infrastructure (7) à partir d’une installation conforme à l’une des revendications 17 à 20, dans lequel chaque dispositif de détection (2) est monté sur une pièce mécanique (9) de l’infrastructure, la pièce mécanique (9) comportant une tête polygonale (11), le procédé comprenant des étapes de :
- réception par la plateforme de traitement (1) de signaux de surveillance en provenance des différents dispositifs de détection (2), et
- détermination par la plateforme (1) d’un état de serrage de chaque pièce mécanique (9), à partir des signaux de surveillance. - Procédé de surveillance selon la revendication 21, dans lequel :
- la plateforme (1) transmet à l’unité de contrôle (3) de chaque dispositif de détection (2) un seuil de tolérance, et
- chaque unité de contrôle (3) calcule une différence entre un paramètre de position de la pièce mécanique (9) mesuré et un paramètre de position de la pièce mécanique (9) de référence, et dans le cas où la différence calculée est supérieure au seuil de tolérance, l’unité de contrôle (3) en déduit que l’état de serrage de la pièce mécanique (9) est dans un état non-conforme.
Priority Applications (2)
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| FR2209936A FR3140424A1 (fr) | 2022-09-29 | 2022-09-29 | Dispositif et procédé de surveillance de l’état de serrage d’un organe de liaison |
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| FR2209936 | 2022-09-29 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3140424A1 true FR3140424A1 (fr) | 2024-04-05 |
Family
ID=84370084
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| Country | Link |
|---|---|
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| WO (1) | WO2024069112A1 (fr) |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US7412898B1 (en) * | 2006-07-28 | 2008-08-19 | Disney Enterprises, Inc. | Load sensing system including RFID tagged fasteners |
| WO2009005468A1 (fr) * | 2007-07-03 | 2009-01-08 | Gcoder Systems Ab | Solution pour contrôler une pré-tension |
| WO2020193956A1 (fr) * | 2019-03-26 | 2020-10-01 | Salunda Limited | Unité de capteur d'ensemble de fixation |
-
2022
- 2022-09-29 FR FR2209936A patent/FR3140424A1/fr active Pending
-
2023
- 2023-09-29 WO PCT/FR2023/051512 patent/WO2024069112A1/fr unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7412898B1 (en) * | 2006-07-28 | 2008-08-19 | Disney Enterprises, Inc. | Load sensing system including RFID tagged fasteners |
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| WO2020193956A1 (fr) * | 2019-03-26 | 2020-10-01 | Salunda Limited | Unité de capteur d'ensemble de fixation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024069112A1 (fr) | 2024-04-04 |
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