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FR3142547A1 - METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE TIGHTENING TENSION OF AN AERONAUTICAL FASTENER - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE TIGHTENING TENSION OF AN AERONAUTICAL FASTENER Download PDF

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Publication number
FR3142547A1
FR3142547A1 FR2212289A FR2212289A FR3142547A1 FR 3142547 A1 FR3142547 A1 FR 3142547A1 FR 2212289 A FR2212289 A FR 2212289A FR 2212289 A FR2212289 A FR 2212289A FR 3142547 A1 FR3142547 A1 FR 3142547A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
screw
tip
nut
imprint
immobilizing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2212289A
Other languages
French (fr)
Inventor
Benoit Regnard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LISI Aerospace SAS
Original Assignee
LISI Aerospace SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LISI Aerospace SAS filed Critical LISI Aerospace SAS
Priority to FR2212289A priority Critical patent/FR3142547A1/en
Priority to PCT/EP2023/082638 priority patent/WO2024110510A1/en
Publication of FR3142547A1 publication Critical patent/FR3142547A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/24Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed
    • G01L5/246Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed using acoustic waves
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25BTOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B21/00Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose
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    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B31/00Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts
    • F16B31/02Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts for indicating the attainment of a particular tensile load or limiting tensile load
    • F16B2031/022Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts for indicating the attainment of a particular tensile load or limiting tensile load using an ultrasonic transducer
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Abstract

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE CONTRÔLE DE LA TENSION DE SERRAGE D’UNE FIXATION AÉRONAUTIQUE L’invention se rapporte à un procédé de serrage d’une fixation (30), comprenant les étapes suivantes : - fourniture d’une vis (32) comprenant une tête (322), une portion filetée (324) et une empreinte (326) ; - insertion de la vis dans un perçage (20) et mise en place d’un écrou (34) sur la portion filetée ; - engagement d’un embout (76) dans l’empreinte, jusqu’à un contact avec le fond ; - mise en rotation de l’écrou en bloquant en rotation l’embout et la vis ; - excitation d’un transducteur à ultrasons (88) disposé sur l’embout ; - réception et traitement d’ondes ultrasonores réfléchies par une surface avant de la tête de vis, pour calculer une tension dans la vis ; - arrêt de la rotation de l’écrou quand ladite tension égale un seuil prédéfini. Figure pour l'abrégé : Figure 3 METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE TIGHTENING TENSION OF AN AERONAUTICAL FASTENER The invention relates to a method of tightening a fastener (30), comprising the following steps: - provision of a screw (32) comprising a head (322), a threaded portion (324) and a recess (326); - insertion of the screw into a hole (20) and installation of a nut (34) on the threaded portion; - engagement of a tip (76) in the cavity, up to contact with the bottom; - rotation of the nut by blocking the rotation of the end piece and the screw; - excitation of an ultrasonic transducer (88) placed on the tip; - receiving and processing ultrasonic waves reflected from a front surface of the screw head, to calculate a tension in the screw; - stopping the rotation of the nut when said tension equals a predefined threshold. Figure for abstract: Figure 3

Description

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE CONTRÔLE DE LA TENSION DE SERRAGE D’UNE FIXATION AÉRONAUTIQUEMETHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE TIGHTENING TENSION OF AN AERONAUTICAL FASTENER Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention

La présente invention concerne un procédé de contrôle de la tension de serrage d’une fixation ainsi qu’un dispositif permettant ce contrôle, en particulier pour l’industrie aéronautique.The present invention relates to a method for controlling the tightening tension of a fastener as well as a device enabling this control, in particular for the aeronautical industry.

Arrière-plan techniqueTechnical background

Il est connu de la technique que pour fixer deux éléments ensemble, par exemple des éléments de structure d’un aéronef, ces éléments comprennent des orifices alignés destinés au montage de fixations qui assurent la fixation des éléments en les serrant axialement les uns contre les autres.It is known in the art that in order to fix two elements together, for example structural elements of an aircraft, these elements comprise aligned holes intended for the mounting of fasteners which ensure the fixing of the elements by tightening them axially against each other.

Dans la présente demande, on entend par fixation un ensemble comportant une vis et un écrou. Dans l’industrie aéronautique, le serrage de l’écrou sur la vis doit être réalisé à un couple prédéterminé par calcul lors de la mise au point de la fixation pour garantir le serrage des éléments et éviter leur désolidarisation accidentelle en fonctionnement.In this application, the term “fastener” means an assembly comprising a screw and a nut. In the aeronautical industry, the tightening of the nut on the screw must be carried out at a torque predetermined by calculation during the development of the fastener to ensure the tightening of the elements and avoid their accidental separation during operation.

Des fixations adaptées à un tel usage sont par exemple les fixations HI-LOK™ telles que décrites dans le brevet US3138987A ou les vis HI-LITE™ telles que décrites dans le brevet US4326825A. Un exemple d’une fixation HI-LITE™ est représenté en figures 1A et 1B.Suitable fasteners for such use are for example HI-LOK™ fasteners as described in US3138987A or HI-LITE™ screws as described in US4326825A. An example of a HI-LITE™ fastener is shown in Figures 1A and 1B.

La fixation HI-LITE™ comprend une vis 10, comportant une tête 12 protubérante, un fût 14 lisse et une extrémité filetée 16. L’extrémité filetée 16 comprend une empreinte hexagonale 18. La vis 10 est installée dans un perçage 20 réalisé dans des premiers 22 et deuxième 24 éléments jusqu’à ce que la tête 12 prennent appui sur une face avant 26 du premier élément 22. L’écrou 30 est vissé sur l’extrémité filetée 16 émergeant de la face arrière 28 du deuxième élément, opposée à la face 28, la vis étant immobilisée par une clé ou un embout (non représenté) insérée dans l’empreinte hexagonale 18, jusqu’à ce que l’écrou contacte la face 28. L’écrou comprend une gorge de rupture 32 conçue pour casser à un couple de serrage prédéterminé, assurant une tension, ou précharge, dans la vis 10 nécessaire pour résister aux contraintes de cisaillement et de traction qu’exercent les éléments 22, 24 sur la vis 10.The HI-LITE™ fastener includes a screw 10, having a protruding head 12, a smooth shank 14, and a threaded end 16. The threaded end 16 includes a hexagonal recess 18. The screw 10 is installed in a bore 20 made in first 22 and second 24 members until the head 12 bears on a front face 26 of the first member 22. The nut 30 is screwed onto the threaded end 16 emerging from the rear face 28 of the second member, opposite the face 28, the screw being immobilized by a wrench or bit (not shown) inserted into the hexagonal recess 18, until the nut contacts the face 28. The nut includes a break groove 32 designed to break at a predetermined tightening torque, providing a tension, or preload, in the screw 10 necessary to withstand the stresses of shear and traction exerted by elements 22, 24 on screw 10.

Cette solution d’assemblage est largement utilisée et est très performante, mais elle ne permet pas de vérifier, une fois l’écrou installé sur la vis, que la tension installée ne varie pas au cours du temps.This assembly solution is widely used and is very efficient, but it does not allow you to check, once the nut is installed on the screw, that the installed tension does not vary over time.

Quand un écrou classique, sans gorge de rupture, est utilisé, le serrage est généralement réalisé au moyen d’une clef dynamométrique au couple prédéterminé. Même si le couple est bien maitrisé en utilisant une clé, les tolérances de géométrie, d'état de surface et de lubrification entrainent inévitablement une grande dispersion de la précharge réellement installée, ce qui peut entraîner un risque de rupture de la tête ou des filets, ou au contraire, un serrage à une précharge inférieure à la précharge désirée.When a conventional nut, without a shear groove, is used, tightening is generally carried out using a torque wrench to the predetermined torque. Even if the torque is well controlled using a wrench, the tolerances of geometry, surface condition and lubrication inevitably lead to a large dispersion of the preload actually installed, which can lead to a risk of breakage of the head or threads, or on the contrary, tightening to a preload lower than the desired preload.

La mesure directe de la tension, c’est-à-dire de la force de traction appliquée à la vis et de compression appliquée aux éléments maintenus, n’est pas possible. Il existe des fixations comprenant un ou plusieurs jauges de contraintes, ou un transducteur à ultrasons, permettant de mesurer indirectement la tension de la vis pendant ou après le serrage de l’écrou. Les jauges ou les transducteurs doivent être positionnés sur la fixation et alimentés électriquement. Cette solution nécessite donc d’instrumenter chaque fixation, ce qui augmente sensiblement son prix. Par ailleurs, l’ajout de composants augmente le poids de la fixation, ce qui limite leur utilisation en grande quantité sur un avion puisque plusieurs dizaines de milliers de fixations sont installées sur un avion. Par ailleurs, la résistance des composants électroniques aux variations de températures, aux conditions environnementales, à la peinture ne permet pas d’instrumenter toutes les fixations et représente une difficulté de qualification. L’ajout de contacts électriques sur les bornes des jauges ou des transducteurs ne peut également être réalisé sur toutes les fixations, puisque ces bornes doivent être accessibles.Direct measurement of tension, i.e. the tensile force applied to the screw and the compression force applied to the elements held, is not possible. There are fasteners comprising one or more strain gauges, or an ultrasonic transducer, allowing indirect measurement of the tension of the screw during or after tightening the nut. The gauges or transducers must be positioned on the fastener and electrically powered. This solution therefore requires instrumenting each fastener, which significantly increases its price. Furthermore, the addition of components increases the weight of the fastener, which limits their use in large quantities on an aircraft since several tens of thousands of fasteners are installed on an aircraft. Furthermore, the resistance of electronic components to temperature variations, environmental conditions, and paint does not allow all fasteners to be instrumented and represents a difficulty in qualification. The addition of electrical contacts on the terminals of the gauges or transducers cannot be carried out on all fasteners either, since these terminals must be accessible.

La technique actuelle ne permet donc pas d’installer une fixation à une tension prédéterminée dans un contexte d’exploitation industrielle, et d’effectuer de manière répétée et fiable le contrôle de cette tension.Current technology therefore does not allow a fixing to be installed at a predetermined voltage in an industrial operating context, and this voltage to be checked repeatedly and reliably.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne un procédé de contrôle et un dispositif de centrage permettant sa mise en œuvre, qui sont simples et efficaces.The present invention aims to remedy these drawbacks and relates to a control method and a centering device allowing its implementation, which are simple and effective.

L’invention propose ainsi un procédé de serrage d’au moins une fixation, comprenant les étapes suivantes : fourniture d’une vis comprenant : une tête présentant une surface avant plane ; une portion filetée ; et une empreinte, comprenant un fond plan et une section non circulaire ; insertion de la vis dans un perçage traversant au moins deux éléments jusqu’à ce qu’une extrémité de la portion filetée émerge des éléments, et mise en place d’un écrou sur l’extrémité émergente de la portion filetée de la vis ; engagement d’un embout immobilisateur dans l’empreinte, jusqu’à ce qu’une face avant de l’embout contacte le fond plan de ladite empreinte, ledit embout immobilisateur comprenant une forme complémentaire de la section non circulaire de ladite empreinte ; mise en rotation de l’écrou sur la portion filetée de la vis tout en bloquant en rotation l’embout immobilisateur et la vis ; excitation d’un transducteur à ultrasons disposé sur une face arrière de l’embout, le transducteur à ultrasons étant apte à générer des ondes ultrasonores dans l’embout et la vis quand l’embout est engagé dans l’empreinte de la vis ; réception des ondes ultrasonores réfléchies par la surface avant plane de la tête de vis et traitement des ondes ultrasonores reçues pour calculer une tension dans la vis ; arrêt de la rotation de l’écrou quand la tension dans la vis calculée égale une tension seuil prédéfinie.The invention thus proposes a method for tightening at least one fastener, comprising the following steps: providing a screw comprising: a head having a flat front surface; a threaded portion; and a recess, comprising a flat bottom and a non-circular section; inserting the screw into a bore passing through at least two elements until one end of the threaded portion emerges from the elements, and placing a nut on the emerging end of the threaded portion of the screw; engaging an immobilizing tip in the recess, until a front face of the tip contacts the flat bottom of said recess, said immobilizing tip comprising a shape complementary to the non-circular section of said recess; rotating the nut on the threaded portion of the screw while blocking the rotation of the immobilizing tip and the screw; exciting an ultrasonic transducer disposed on a rear face of the tip, the ultrasonic transducer being capable of generating ultrasonic waves in the tip and the screw when the tip is engaged in the screw recess; receiving the ultrasonic waves reflected by the flat front surface of the screw head and processing the received ultrasonic waves to calculate a voltage in the screw; stopping rotation of the nut when the calculated voltage in the screw equals a predefined threshold voltage.

Ainsi, grâce à l’invention, on s’assure d’installer la fixation à la tension requise, sans que la fixation n’embarque un quelconque transducteur ou capteur.Thus, thanks to the invention, we ensure that the fixing is installed at the required tension, without the fixing having any transducer or sensor.

Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autresThe method according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken in isolation from one another or in combination with one another:

- le transducteur à ultrasons est un transducteur piézoélectrique ;- the ultrasonic transducer is a piezoelectric transducer;

- à l’étape d’engagement de l’embout dans l’empreinte de la vis, l’embout immobilisateur est engagé avec une pression prédéterminée sur la vis par l’intermédiaire d’au moins un organe élastique;- at the stage of engaging the tip in the screw recess, the immobilizing tip is engaged with a predetermined pressure on the screw by means of at least one elastic member;

- un couplant sec est intercalé entre la face avant de l’embout et le fond plan de l’empreinte préalablement à l’excitation du transducteur;- a dry couplant is inserted between the front face of the tip and the flat bottom of the imprint prior to excitation of the transducer;

- un couplant liquide ou gel est versé dans l’empreinte préalablement à l’excitation du transducteur.- a liquid or gel couplant is poured into the imprint prior to excitation of the transducer.

La présente invention concerne également un dispositif de serrage permettant la mise en œuvre d’un procédé de serrage tel que décrit ci-dessus, d’une vis dans un perçage traversant au moins deux éléments, le dispositif de serrage comprenant : un corps ; un embout immobilisateur fixe en rotation et mobile axialement par rapport au corps, l’embout comprenant : une interface anti-rotation configurée pour s’engager avec une section non-circulaire d’une empreinte de la vis ; une face avant plane, configurée pour contacter un fond plan de l’empreinte ; et une face arrière opposée ; une douille mobile en rotation par rapport au corps et configurée pour entraîner un écrou en rotation ; et un transducteur à ultrasons, disposé sur la face arrière de l’embout, le transducteur à ultrasons étant apte à générer des ondes ultrasonores dans l’embout et dans la vis quand la face avant de l’embout est au contact du fond plan de l’empreinte de la vis.The present invention also relates to a tightening device allowing the implementation of a tightening method as described above, of a screw in a bore passing through at least two elements, the tightening device comprising: a body; an immobilizing tip fixed in rotation and axially movable relative to the body, the tip comprising: an anti-rotation interface configured to engage with a non-circular section of a recess of the screw; a flat front face, configured to contact a flat bottom of the recess; and an opposite rear face; a sleeve movable in rotation relative to the body and configured to drive a nut in rotation; and an ultrasonic transducer, arranged on the rear face of the tip, the ultrasonic transducer being capable of generating ultrasonic waves in the tip and in the screw when the front face of the tip is in contact with the flat bottom of the recess of the screw.

Le dispositif utilisé permet d’installer des fixations à la tension désirée de manière uniforme, ce qui assure une fiabilité et une répétabilité accrue de la tension de serrage dans l’assemblage.The device used allows fasteners to be installed at the desired tension in a uniform manner, which ensures increased reliability and repeatability of the tightening tension in the assembly.

Le dispositif de serrage selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :The clamping device according to the invention may comprise one or more of the following features, taken in isolation from one another or in combination with one another:

- le dispositif de serrage comprend en outre un support d’immobilisateur, ledit support comprenant : une partie fixe par rapport au corps ; et une partie mobile, apte à coulisser axialement à l’intérieur de la partie fixe ; le transducteur à ultrasons et l’embout immobilisateur étant solidaires de ladite partie mobile ;- the clamping device further comprises an immobilizer support, said support comprising: a part fixed relative to the body; and a movable part, capable of sliding axially inside the fixed part; the ultrasonic transducer and the immobilizer tip being integral with said movable part;

- le dispositif de serrage comprend en outre un ressort de compression disposé dans le support immobilisateur, le ressort prenant appui d’une part sur la partie mobile et d’autre part sur la partie fixe du support immobilisateur ,- the clamping device further comprises a compression spring arranged in the immobilizing support, the spring bearing on the one hand on the movable part and on the other hand on the fixed part of the immobilizing support,

- la douille comprend un logement avant, configuré pour recevoir l’écrou pour l’entraînement en rotation dudit écrou ;- the socket comprises a front housing, configured to receive the nut for rotating said nut;

- l’embout présente une densité identique ou proche d’une densité de la vis ;- the tip has a density identical to or close to the density of the screw;

- l’embout et la vis sont fabriqués dans des matériaux identiques ou similaires.- the tip and screw are made of identical or similar materials.

Brève description des figuresBrief description of the figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :Other features and advantages of the invention will become apparent upon reading the detailed description which follows, for the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which:

la est une vue de côté d’une fixation de l’art antérieur ; there is a side view of a prior art fastener;

la est une vue de côté et en coupe d’une fixation de l’art antérieur installée dans une structure; there is a side and sectional view of a prior art fastener installed in a structure;

la est une vue de côté d’une fixation apte à être utilisée dans un procédé de serrage selon un mode de réalisation de l’invention ; there is a side view of a fastener suitable for use in a tightening method according to one embodiment of the invention;

la est une vue schématique en coupe d’un dispositif de serrage selon un mode de réalisation de l’invention et de la fixation de la , dans une première étape d’un procédé de serrage selon un mode de réalisation de l’invention ; there is a schematic sectional view of a clamping device according to one embodiment of the invention and of the fixing of the , in a first step of a tightening method according to an embodiment of the invention;

la est une vue similaire la dans une deuxième étape dudit procédé de serrage; there is a similar view the in a second step of said tightening process;

la est une vue similaire aux figures 3 et 4 dans une troisième étape dudit procédé de serrage; et there is a view similar to Figures 3 and 4 in a third step of said tightening method; and

la est un schéma-blocs illustrant des étapes d’un mode de réalisation du procédé de serrage de la fixation de la au moyen du dispositif de serrage des figures 3, 4 et 5. there is a block diagram illustrating steps of an embodiment of the method of tightening the fastener of the by means of the clamping device of figures 3, 4 and 5.

Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention

Dans la description qui va suivre, le procédé et le dispositif de serrage d’une fixation sont utilisés pour assembler des structures d’aéronef.In the following description, the method and device for tightening a fastener are used to assemble aircraft structures.

Cet exemple n’est cependant pas limitatif, le procédé et le dispositif de serrage étant applicables à d’autres types d’assemblage ou d’application, telles que par exemple des fixations assemblant des structures de véhicules terrestres ou des pales d’éoliennes.This example is however not limiting, the method and the clamping device being applicable to other types of assembly or application, such as for example fasteners assembling structures of land vehicles or wind turbine blades.

On se réfère à présent aux figures 3 à 5 qui montrent un dispositif 40 de serrage configuré pour serrer une fixation, selon un mode de réalisation de l’invention.Reference is now made to Figures 3 to 5 which show a clamping device 40 configured to clamp a fastener, according to one embodiment of the invention.

Ladite fixation, représentée seule en , comprend une vis 32 et un écrou 34. La vis 32 s’étend selon un axe A et comprend une tête 322 protubérante, une portion filetée 324 et une empreinte 326.Said fixing, shown alone in , comprises a screw 32 and a nut 34. The screw 32 extends along an axis A and comprises a protruding head 322, a threaded portion 324 and an imprint 326.

L’empreinte 326 est disposée selon l’axe A et ouvre sur une extrémité de la portion filetée 324, opposée à la tête 322. Transversalement à l’axe A, l’empreinte 326 présente une section non-circulaire.The imprint 326 is arranged along the axis A and opens onto one end of the threaded portion 324, opposite the head 322. Transversely to the axis A, the imprint 326 has a non-circular section.

Dans le mode de réalisation représenté, la section non-circulaire est de forme hexagonale. En variante, la section non-circulaire de l’empreinte est multilobée, par exemple comme décrite dans le brevet FR2967735B1 de la demanderesse, ou de toute autre forme non circulaire permettant de bloquer la rotation de la vis 32 par l’insertion d’une clé ou d’un embout de forme complémentaire.In the embodiment shown, the non-circular section is hexagonal in shape. Alternatively, the non-circular section of the imprint is multi-lobed, for example as described in the applicant's patent FR2967735B1, or of any other non-circular shape making it possible to block the rotation of the screw 32 by inserting a key or a bit of complementary shape.

Contrairement à la vis 10 de l’art antérieur, le fond 328 de l’empreinte est plan et parallèle à la surface d’extrémité 330 de la tête 322. Plus précisément, le fond 328 de l’empreinte et la surface d’extrémité 330 de la tête sont perpendiculaires à l’axe A.Unlike the screw 10 of the prior art, the bottom 328 of the imprint is flat and parallel to the end surface 330 of the head 322. More precisely, the bottom 328 of the imprint and the end surface 330 of the head are perpendicular to the axis A.

De préférence, le fond 328 plan est obtenu soit par usinage du fond de l’empreinte, réalisé préalablement par brochage, soit par électroérosion, soit par un ajout de matière dans l’empreinte à fond conique de sorte à obtenir un fond plan. De préférence, l’ajout de matière a une densité comparable à celle de la vis pour ne pas disperser ou diffracter ou perturber la course des ondes ultrasonores, comme il sera décrit ultérieurement. De préférence, la rugosité Ra du fond 328 plan est inférieure à 2.Preferably, the flat bottom 328 is obtained either by machining the bottom of the imprint, previously produced by broaching, or by electroerosion, or by adding material to the conical bottom imprint so as to obtain a flat bottom. Preferably, the addition of material has a density comparable to that of the screw so as not to disperse or diffract or disturb the path of the ultrasonic waves, as will be described later. Preferably, the roughness Ra of the flat bottom 328 is less than 2.

Hormis la modification relative au fond de l’empreinte et l’éventuel ajout d’un couplant, la vis 32 est analogue à la vis 10 de l’art antérieur précédemment décrite. En particulier, la vis 32 est dépourvue de tout capteur de tension, de flexion, de transducteur capable d’émettre des ondes sonores, ultrasonores, ou de tout composant électrique ou électronique tels que des batteries, condensateurs ou antennes.Apart from the modification relating to the bottom of the imprint and the possible addition of a coupling agent, the screw 32 is similar to the screw 10 of the prior art previously described. In particular, the screw 32 is devoid of any tension sensor, bending sensor, transducer capable of emitting sound waves, ultrasonic waves, or any electrical or electronic component such as batteries, capacitors or antennas.

L’écrou 34 comprend des surfaces extérieures d’entraînement 36, par exemple six ou douze surfaces planes. Un écrou adapté est par exemple décrit dans le brevet EP2350473 de la demanderesse. L’écrou 34 est également dépourvu de tout capteur de tension, de flexion, de transducteur capable d’émettre des ondes sonores, ultrasonores, ou de tout composant électrique ou électronique tels que des batteries, condensateurs ou antennes.The nut 34 comprises external drive surfaces 36, for example six or twelve flat surfaces. A suitable nut is for example described in the applicant's patent EP2350473. The nut 34 is also devoid of any tension sensor, bending sensor, transducer capable of emitting sound or ultrasonic waves, or any electrical or electronic component such as batteries, capacitors or antennas.

Le dispositif de serrage 40 s’étend selon un axe X et comprend un corps 42 tubulaire, une douille 44 et un support 46 d’immobilisateur. La douille 44 est mobile en rotation par rapport au corps 42. Dans le mode de réalisation représenté, le dispositif de serrage comporte en outre un arbre 48 de transmission creux, solidaire d’une extrémité axiale de la douille. L’arbre 48 est configuré pour entraîner la douille 44 en rotation autour de l’axe X.The clamping device 40 extends along an axis X and comprises a tubular body 42, a sleeve 44 and an immobilizer support 46. The sleeve 44 is rotatable relative to the body 42. In the embodiment shown, the clamping device further comprises a hollow transmission shaft 48, secured to an axial end of the sleeve. The shaft 48 is configured to drive the sleeve 44 in rotation about the axis X.

Dans le mode de réalisation représenté, le dispositif de serrage comporte en outre des roulements à billes 50 et des roulements à rouleaux 52. Les roulements à billes 50 sont disposés radialement entre la douille 44 et le corps 42, permettant la rotation de la douille par rapport au corps. Les roulements à rouleaux 52 seront décrits ci-après.In the embodiment shown, the clamping device further comprises ball bearings 50 and roller bearings 52. The ball bearings 50 are arranged radially between the sleeve 44 and the body 42, allowing rotation of the sleeve relative to the body. The roller bearings 52 will be described below.

La douille 44 est évidée intérieurement, la partie évidée formant un logement intérieur s’étendant axialement entre une première extrémité 54 et une deuxième extrémité 56 opposée, les deux extrémités étant ouvertes.The sleeve 44 is internally hollowed out, the hollowed out portion forming an internal housing extending axially between a first end 54 and an opposite second end 56, both ends being open.

Le logement de la douille 44 comprend : une portion distale 60 proche de la première extrémité 54, une portion intermédiaire 64 et une portion proximale 66 proche de la deuxième extrémité 56 ( ). La portion distale 60 a un diamètre intérieur sensiblement inférieur aux diamètres intérieurs des portions intermédiaire 64 et proximale 66. La portion intermédiaire 64 a un diamètre sensiblement inférieur au diamètre intérieur de la portion proximale 66.The housing of the sleeve 44 comprises: a distal portion 60 close to the first end 54, an intermediate portion 64 and a proximal portion 66 close to the second end 56 ( ). The distal portion 60 has an inner diameter substantially smaller than the inner diameters of the intermediate 64 and proximal 66 portions. The intermediate portion 64 has a diameter substantially smaller than the inner diameter of the proximal portion 66.

La jonction des portions distale 60 et intermédiaire 64 forme un premier épaulement 68. La jonction des portions intermédiaire 64 et proximale 66 forme un second épaulement 70 ( ).The junction of the distal 60 and intermediate 64 portions forms a first shoulder 68. The junction of the intermediate 64 and proximal 66 portions forms a second shoulder 70 ( ).

La portion distale 60 de la douille 44 est configurée pour recevoir l’écrou 34 et l’entraîner en rotation. La paroi périphérique interne de la portion distale 60 comprend au moins deux faces planes 62 destinées à venir en prise avec au moins deux surfaces d’entrainement 36 planes de l’écrou 34. De préférence, la douille est adaptée à la forme de l’écrou qu’elle doit entrainer, et comporte par exemple autant de faces planes que de surfaces d’entraînement 36 de l’écrou. Une dimension axiale X1de la portion distale 60 est configurée pour loger entièrement l’écrou 34 et une partie en saillie de la portion filetée 324 de la vis, quand l’écrou est installé sur la portion filetée et au contact de la surface arrière 28 du deuxième élément 24, comme représenté en .The distal portion 60 of the sleeve 44 is configured to receive the nut 34 and drive it in rotation. The internal peripheral wall of the distal portion 60 comprises at least two flat faces 62 intended to engage with at least two flat drive surfaces 36 of the nut 34. Preferably, the sleeve is adapted to the shape of the nut that it must drive, and comprises for example as many flat faces as drive surfaces 36 of the nut. An axial dimension X 1 of the distal portion 60 is configured to fully accommodate the nut 34 and a projecting part of the threaded portion 324 of the screw, when the nut is installed on the threaded portion and in contact with the rear surface 28 of the second element 24, as shown in .

Le support 46 d’immobilisateur comprend une partie fixe 72 et une partie mobile 74. La partie fixe 72 est fixe par rapport au corps 42 en rotation et en translation. La partie mobile est apte à coulisser axialement dans la partie fixe.The immobilizer support 46 comprises a fixed part 72 and a movable part 74. The fixed part 72 is fixed relative to the body 42 in rotation and in translation. The movable part is able to slide axially in the fixed part.

La partie fixe 72 comprend une portion tubulaire 722 et une couronne 724, adjacentes selon l’axe X. La portion tubulaire 722 est disposée dans l’arbre 48 creux. Les roulements à rouleaux 52 sont disposés radialement entre la portion tubulaire 722 et l’arbre 48, permettant la rotation dudit arbre par rapport à la partie fixe 72 du support 46 d’immobilisateur.The fixed part 72 comprises a tubular portion 722 and a crown 724, adjacent along the X axis. The tubular portion 722 is arranged in the hollow shaft 48. The roller bearings 52 are arranged radially between the tubular portion 722 and the shaft 48, allowing the rotation of said shaft relative to the fixed part 72 of the immobilizer support 46.

La couronne 724 présente une forme tubulaire. Une première partie de la couronne 724 s’étend dans l’arbre creux et une seconde partie de ladite couronne s’étend dans la portion proximale 66 de la douille 44. Un diamètre externe de la couronne 724 est inférieur à un diamètre interne de la portion proximale 66 de la douille 44. Une extrémité libre de la couronne est disposée à proximité du second épaulement 70. La jonction entre la portion tubulaire 722 et la couronne 724 forme un lamage 726, de sorte que le diamètre interne de la couronne est supérieur au diamètre interne de la portion tubulaire 722.The crown 724 has a tubular shape. A first portion of the crown 724 extends into the hollow shaft and a second portion of said crown extends into the proximal portion 66 of the sleeve 44. An external diameter of the crown 724 is less than an internal diameter of the proximal portion 66 of the sleeve 44. A free end of the crown is arranged near the second shoulder 70. The junction between the tubular portion 722 and the crown 724 forms a counterbore 726, such that the internal diameter of the crown is greater than the internal diameter of the tubular portion 722.

La partie fixe 72 comprend également une surface annulaire 728 perpendiculaire à l’axe X, buttant contre les rouleaux à aiguilles 52. La partie fixe est ainsi bloquée axialement dans l’arbre creux et la douille 44, entre le second épaulement 70 de la douille 44 et les rouleaux à aiguilles 52, avec un faible jeu axial.The fixed part 72 also comprises an annular surface 728 perpendicular to the axis X, abutting against the needle rollers 52. The fixed part is thus axially blocked in the hollow shaft and the sleeve 44, between the second shoulder 70 of the sleeve 44 and the needle rollers 52, with a small axial clearance.

La partie mobile 74 comporte une collerette 742 et une jupe 744 s’étendant axialement depuis la collerette. Le diamètre externe de la collerette 742 est supérieur au diamètre externe de la jupe 744.The movable portion 74 comprises a collar 742 and a skirt 744 extending axially from the collar. The external diameter of the collar 742 is greater than the external diameter of the skirt 744.

La collerette 742 est logée dans la seconde partie de la couronne 724, elle-même logée dans la portion proximale 66 de la douille 44. Le diamètre externe de la collerette 742 est inférieur au diamètre interne de la couronne 724, avec un jeu suffisant pour que la partie mobile 74 puisse se déplacer axialement dans la couronne 724 de la partie fixe 72.The collar 742 is housed in the second part of the crown 724, itself housed in the proximal portion 66 of the sleeve 44. The external diameter of the collar 742 is less than the internal diameter of the crown 724, with sufficient clearance for the movable part 74 to be able to move axially in the crown 724 of the fixed part 72.

La jupe 744 est apte à coulisser dans la portion intermédiaire 64 de la douille, le diamètre externe de la jupe 744 étant inférieur au diamètre interne de la portion intermédiaire 64.The skirt 744 is able to slide in the intermediate portion 64 of the sleeve, the external diameter of the skirt 744 being less than the internal diameter of the intermediate portion 64.

Le dispositif de serrage 40 comprend de plus un embout immobilisateur 76 et un transducteur à ultrasons 88, logés à l’intérieur du support 46 d’immobilisateur. Dans le mode de réalisation représenté, le dispositif de serrage 40 comprend également : un organe élastique tel qu’un ressort 90 de compression ; et un câble 92.The clamping device 40 further comprises an immobilizer tip 76 and an ultrasonic transducer 88, housed within the immobilizer support 46. In the embodiment shown, the clamping device 40 also comprises: a resilient member such as a compression spring 90; and a cable 92.

L’embout 76 comprend une face avant 78 et une face arrière 80, toutes les deux étant planes et perpendiculaire à l’axe X. L’embout immobilisateur 76 comprend une interface anti-rotation 82, adaptée pour s’engager dans l’empreinte 326 de la vis 32, dont l’extrémité libre est la face avant 78. L’interface 82 peut être un cylindre à base hexagonale si l’empreinte 326 est hexagonale, ou un cylindre à base multilobée si l’empreinte est multilobée. Un tel embout est par exemple décrit dans le brevet FR2967735 de la demanderesse.The tip 76 comprises a front face 78 and a rear face 80, both being flat and perpendicular to the X axis. The immobilizing tip 76 comprises an anti-rotation interface 82, adapted to engage in the imprint 326 of the screw 32, the free end of which is the front face 78. The interface 82 may be a cylinder with a hexagonal base if the imprint 326 is hexagonal, or a cylinder with a multi-lobed base if the imprint is multi-lobed. Such a tip is for example described in the applicant's patent FR2967735.

De préférence, le matériau de l’embout 76 est identique ou similaire au matériau de la vis 32. En variante, l’impédance acoustique - ou la densité - de l’embout est identique ou proche de l’impédance acoustique – respectivement de la densité - de la vis.Preferably, the material of the tip 76 is identical or similar to the material of the screw 32. Alternatively, the acoustic impedance - or density - of the tip is identical or close to the acoustic impedance - respectively density - of the screw.

L’impédance acoustique est le produit de la vitesse de l’onde dans le matériau et de la densité du matériau. Une trop forte différence d’impédance acoustique peut provoquer une réflexion d’une partie des ondes à l’interface de l’embout et de la vis, donc une perte de signal.Acoustic impedance is the product of the wave speed in the material and the density of the material. Too great a difference in acoustic impedance can cause a reflection of part of the waves at the interface of the tip and the screw, thus a loss of signal.

Par exemple, si la vis est en alliage de titane TA6V, l’embout sera préférentiellement fabriqué en alliage de titane TA6V, ou dans un alliage de titane similaire de type alpha-beta.For example, if the screw is made of TA6V titanium alloy, the tip will preferably be made of TA6V titanium alloy, or a similar alpha-beta titanium alloy.

Dans le mode de réalisation représenté, l’interface 82 est reliée par une portion conique à une portion cylindrique de diamètre élargi, dans laquelle une gorge annulaire 84 est réalisée. Cette gorge est représentée avec une section en V sur les figures, mais elle peut adopter toutes sortes de formes.In the embodiment shown, the interface 82 is connected by a conical portion to a cylindrical portion of enlarged diameter, in which an annular groove 84 is made. This groove is shown with a V-shaped section in the figures, but it can adopt all sorts of shapes.

L’embout 76 immobilisateur est fixé à la partie mobile 74 du support immobilisateur par une goupille 86, insérée dans un perçage de la partie mobile 74 et venant se loger dans la gorge annulaire 84.The immobilizing tip 76 is fixed to the movable part 74 of the immobilizing support by a pin 86, inserted into a hole in the movable part 74 and housed in the annular groove 84.

Le transducteur à ultrasons 88 est un émetteur-récepteur d’ultrasons, fixé sur la face arrière 80 de l’embout 76. Le transducteur est relié par le câble 92 à une alimentation électrique (non représentée) et fonctionne en émetteur, convertissant l’énergie électrique en oscillations mécaniques pour produire des ultrasons transmis dans la vis 32 par l'intermédiaire de l'embout immobilisateur 76. Le transducteur 88 fonctionne également en récepteur, convertissant une onde ultrasonore réfléchie en signal électrique, transmis via le câble 92 à un dispositif électronique analogique ou numérique tel qu’un processeur (non représenté), capable de traiter le signal électrique reçu pour calculer la tension dans la vis. Le transducteur peut comprendre un cristal piézoélectrique. Le dispositif électronique peut être intégré à l’outil, ou peut être déporté.The ultrasonic transducer 88 is an ultrasonic transceiver, attached to the rear face 80 of the tip 76. The transducer is connected by the cable 92 to a power supply (not shown) and functions as a transmitter, converting electrical energy into mechanical oscillations to produce ultrasound transmitted into the screw 32 via the immobilizing tip 76. The transducer 88 also functions as a receiver, converting a reflected ultrasonic wave into an electrical signal, transmitted via the cable 92 to an analog or digital electronic device such as a processor (not shown), capable of processing the received electrical signal to calculate the tension in the screw. The transducer may comprise a piezoelectric crystal. The electronic device may be integrated into the tool, or may be remote.

L’ensemble formé du transducteur 88 et de l’embout immobilisateur 76 est ainsi solidaire de la partie mobile 74 du support immobilisateur, via la goupille 86.The assembly formed by the transducer 88 and the immobilizing tip 76 is thus secured to the mobile part 74 of the immobilizing support, via the pin 86.

De préférence, un couplant sec est intercalé entre la face avant 78 de l’embout et le fond 328 de l’empreinte de la vis, afin d’améliorer la transmission acoustique. Le couplant peut être par exemple une feuille d’étain, d’argent, de cuivre ou d’un matériau élastomère de couplage tel que l’Aqualène, développé par la société Innovation Polymers, Canada. La feuille a une épaisseur comprise de préférence entre 0,0175 mm et 0,6 mm. La feuille peut être déposée par voie sèche ou humide, ou encore collée, sur la face avant de l’embout.Preferably, a dry couplant is interposed between the front face 78 of the tip and the bottom 328 of the screw recess, in order to improve the acoustic transmission. The couplant may be, for example, a sheet of tin, silver, copper or an elastomeric coupling material such as Aqualene, developed by the company Innovation Polymers, Canada. The sheet has a thickness preferably between 0.0175 mm and 0.6 mm. The sheet may be deposited dry or wet, or even glued, on the front face of the tip.

Le ressort 90 de compression est disposé dans la couronne 724 de la partie fixe 72 du support 46. Il prend appui axialement d’une part sur la collerette 742 de la partie mobile 74 du support 46, et d’autre part sur le lamage 726 de la partie fixe 72 du support. La collerette assure un guidage de l’ensemble formé par le transducteur 88 et l’embout immobilisateur 76 parallèlement à l’axe de révolution X du dispositif de serrage 40. Le guidage assure ainsi que les ondes ultrasonores sont émises dans l’axe X du dispositif de serrage.The compression spring 90 is arranged in the crown 724 of the fixed part 72 of the support 46. It bears axially on the one hand on the collar 742 of the movable part 74 of the support 46, and on the other hand on the counterbore 726 of the fixed part 72 of the support. The collar ensures guidance of the assembly formed by the transducer 88 and the immobilizing end piece 76 parallel to the axis of revolution X of the clamping device 40. The guidance thus ensures that the ultrasonic waves are emitted in the axis X of the clamping device.

L’ensemble formé par l’embout immobilisateur 76 et le transducteur 88 est ainsi mobile dans la direction axiale X entre une première position, dans laquelle le ressort est détendu (figures 3 et 4), et une deuxième position, dans laquelle le ressort est comprimé ( ) et apte à imprimer à l’embout immobilisateur 76 une pression prédéterminée. L’ensemble formé par l’embout immobilisateur 76 et le transducteur 88 est fixe en rotation par rapport au corps 42.The assembly formed by the immobilizing tip 76 and the transducer 88 is thus movable in the axial direction X between a first position, in which the spring is relaxed (figures 3 and 4), and a second position, in which the spring is compressed ( ) and capable of imparting a predetermined pressure to the immobilizing tip 76. The assembly formed by the immobilizing tip 76 and the transducer 88 is fixed in rotation relative to the body 42.

Un procédé de serrage de la fixation 32, 34 dans deux éléments 22, 24 au moyen du dispositif 40 va être maintenant décrit. Ce procédé permet de serrer la fixation tout en contrôlant la tension de serrage induite dans la vis par le serrage de l’écrou sur la vis et les deux éléments.A method of tightening the fastener 32, 34 in two elements 22, 24 by means of the device 40 will now be described. This method makes it possible to tighten the fastener while controlling the tightening tension induced in the screw by tightening the nut on the screw and the two elements.

On se réfère à présent à la montrant les étapes du procédé 100 de serrage d’une fixation, mis en œuvre au moyen d’un dispositif 40 de serrage décrit précédemment.We now refer to the showing the steps of the method 100 for tightening a fastener, implemented by means of a tightening device 40 described previously.

Au cours d’une étape 101, la vis 32 est insérée dans le perçage 20 des éléments 22, 24 précédemment décrits, jusqu’à ce qu’une extrémité de la portion filetée 324 émerge de l’élément 24. L’écrou 34 est mis en place sur ladite extrémité de la portion filetée 324, en engageant quelques filets, comme visible sur la .During a step 101, the screw 32 is inserted into the bore 20 of the elements 22, 24 previously described, until one end of the threaded portion 324 emerges from the element 24. The nut 34 is put in place on said end of the threaded portion 324, engaging a few threads, as visible in the .

Ensuite, au cours d’une étape 102, le dispositif 40 de serrage est approché de la fixation de sorte que l’embout immobilisateur 76 s’engage dans l’empreinte 326 de la vis 32. Le déplacement du dispositif 40 est poursuivi jusqu’à ce que la face avant 78 de l’embout contacte le fond 328 plan de l’empreinte, et que la portion distale 60 de la douille contacte les surfaces d’entrainement 36 de l’écrou, comme visible sur la . Dans cette position, l’axe X du dispositif de serrage est confondu avec l’axe A de la fixation ; et les faces planes avant 78, arrière 80 de l’embout 76, le fond 328 plan de l’empreinte et la face 330 de l’extrémité de tête de la vis sont parallèles entre elles et perpendiculaires aux axes de révolution X et A confondus. La collerette 742 est déplacée axialement, en s’éloignant de l’épaulement 70, du fait de l’engagement entre la vis et l’immobilisateur.Then, during a step 102, the tightening device 40 is approached to the fastener so that the immobilizing tip 76 engages in the imprint 326 of the screw 32. The movement of the device 40 is continued until the front face 78 of the tip contacts the flat bottom 328 of the imprint, and the distal portion 60 of the socket contacts the drive surfaces 36 of the nut, as visible in the . In this position, the axis X of the clamping device coincides with the axis A of the fastener; and the front 78 and rear 80 flat faces of the end piece 76, the flat bottom 328 of the imprint and the face 330 of the head end of the screw are parallel to each other and perpendicular to the coincident axes of revolution X and A. The collar 742 is moved axially, away from the shoulder 70, due to the engagement between the screw and the immobilizer.

La face avant 78 de l’embout est maintenue en contact contre le fond 328 plan de l’empreinte avec une pression prédéterminée par la raideur du ressort 90.The front face 78 of the tip is held in contact against the flat bottom 328 of the imprint with a pressure predetermined by the stiffness of the spring 90.

Du fait de l’engagement des surfaces anti-rotation de l’embout et de la vis, l’ensemble formé par le transducteur à ultrasons 88, l’embout immobilisateur 76 et la vis 32 est fixe en rotation.Due to the engagement of the anti-rotation surfaces of the tip and the screw, the assembly formed by the ultrasonic transducer 88, the immobilizing tip 76 and the screw 32 is fixed in rotation.

Ensuite, au cours d’une étape 103, la douille 44 est mise en rotation selon l’axe X par rapport au corps 42. La vis étant bloquée en rotation par rapport au corps par l’intermédiaire de l’embout immobilisateur 76, l’écrou 34 est vissé sur la portion filetée 324 de la vis.Then, during a step 103, the sleeve 44 is rotated along the X axis relative to the body 42. The screw being blocked in rotation relative to the body by means of the immobilizing end piece 76, the nut 34 is screwed onto the threaded portion 324 of the screw.

Au cours d’une étape 104, simultanée à l’étape 103, des ultrasons US sont émis par le transducteur 88 à travers l’embout immobilisateur 76 et la vis 32 ( ). L'embout immobilisateur 76 assure ainsi la propagation des ondes transmises par le transducteur vers la fixation par l'intermédiaire du fond 328 de l'empreinte plane.During a step 104, simultaneous with step 103, US ultrasounds are emitted by the transducer 88 through the immobilizing tip 76 and the screw 32 ( ). The immobilizing tip 76 thus ensures the propagation of the waves transmitted by the transducer towards the fixing via the bottom 328 of the flat imprint.

Les ultrasons US se propagent dans la vis, se reflètent sur la surface d’extrémité 330 de la tête de vis et reviennent vers le transducteur 88 sous forme d’écho. Le transducteur 88 transforme l’énergie acoustique reçue en énergie électrique, et transmet cette énergie sous la forme d’un signal électrique à un dispositif électronique déporté via le câble 92.The US ultrasound propagates in the screw, reflects on the end surface 330 of the screw head and returns to the transducer 88 in the form of an echo. The transducer 88 transforms the received acoustic energy into electrical energy, and transmits this energy in the form of an electrical signal to a remote electronic device via the cable 92.

Au cours d’une étape 105, le dispositif électronique externe traite le signal électrique reçu afin de déterminer une tension dans la vis.During a step 105, the external electronic device processes the received electrical signal in order to determine a voltage in the screw.

Selon un mode de réalisation, la tension dans la vis 32 est déterminée à partir de la déformation de la vis et du module de Young via la loi de Hooke. La déformation de la vis est obtenue à partir de mesures du temps d’un aller/retour d’une onde, et comparé à une valeur de déformation pré-enregistrée correspondant à une tension seuil prédéfinie. Le module de Young E est une constante associée au matériau de la vis 32.According to one embodiment, the tension in the screw 32 is determined from the strain of the screw and the Young's modulus via Hooke's law. The strain of the screw is obtained from measurements of the time of a round trip of a wave, and compared to a pre-recorded strain value corresponding to a predefined threshold tension. The Young's modulus E is a constant associated with the material of the screw 32.

En variante, la tension dans la vis 32 est déterminée à partir de la mesure de la variation de l’impédance de la vis, via la mesure de la fréquence de résonance qui dépend de la contrainte dans la vis.Alternatively, the voltage in the screw 32 is determined from the measurement of the variation of the impedance of the screw, via the measurement of the resonance frequency which depends on the stress in the screw.

En variante, d’autres méthodes de calcul de la tension de la vis peuvent être utilisées, comme par exemple l’une des méthodes décrites dans la publication « Review of Bolted Connection Monitoring » de Tao Wand et al., accessible à l’URL http://dx.doi.org/10.1155/2013/871213.Alternatively, other methods of calculating bolt tension can be used, such as one of the methods described in the publication “Review of Bolted Connection Monitoring” by Tao Wand et al., available at the URL http://dx.doi.org/10.1155/2013/871213.

Ensuite, au cours d’une étape 106, le dispositif électronique émet un signal, ou affiche une indication selon laquelle la tension induite est égale à la tension seuil prédéfinie, afin qu’un opérateur installant la fixation cesse le serrage de l’écrou. En variante, le dispositif électronique est configuré pour contrôler le procédé de serrage et le stopper dès que la valeur de la tension calculée égale la tension seuil prédéfinie, sans intervention humaine.Then, during a step 106, the electronic device emits a signal, or displays an indication that the induced voltage is equal to the predefined threshold voltage, so that an operator installing the fastener stops tightening the nut. Alternatively, the electronic device is configured to control the tightening process and stop it as soon as the value of the calculated voltage equals the predefined threshold voltage, without human intervention.

La tension seuil prédéfinie peut être la tension prédéterminée par calcul lors de la conception de la fixation, ou une tension légèrement inférieure à cette valeur afin de prendre en compte la durée de calcul du dispositif électronique et la durée nécessaire pour afficher l’instruction d’arrêt, durées pendant lesquelles l’écrou est entraîné en rotation par le dispositif de serrage.The predefined threshold voltage may be the voltage predetermined by calculation when designing the fastener, or a voltage slightly lower than this value in order to take into account the calculation time of the electronic device and the time required to display the stop instruction, during which times the nut is rotated by the tightening device.

Ensuite, le dispositif de serrage 40 est désengagé de la vis 32 et de l’écrou 34, et peut être utilisé pour installer une autre fixation.Then, the clamping device 40 is disengaged from the screw 32 and the nut 34, and can be used to install another fastener.

Des étapes optionnelles peuvent s’incrémenter aux étapes précédemment décrites afin d’améliorer le contrôle de la tension de serrage. Ces étapes sont figurées en traits discontinus sur la .Optional steps can be added to the steps previously described in order to improve the control of the clamping tension. These steps are shown in broken lines on the .

Ainsi, au cours d’une étape optionnelle 107, s’insérant entre les étapes 101 et 102, un couplant sec peut être intercalé entre la face avant de l’embout et le fond plan 328 de l’empreinte de la vis 32 de sorte à recouvrir le fond 328 plan de l’empreinte. Ce couplant peut être utile pour assurer une meilleure transmission des ondes dans la vis 32.Thus, during an optional step 107, inserted between steps 101 and 102, a dry couplant can be intercalated between the front face of the tip and the flat bottom 328 of the imprint of the screw 32 so as to cover the flat bottom 328 of the imprint. This couplant can be useful for ensuring better transmission of the waves in the screw 32.

En variante, ce couplant peut être un couplant liquide, tel que de l’eau, ou un couplant gel, versé dans l’empreinte.Alternatively, this couplant may be a liquid couplant, such as water, or a gel couplant, poured into the impression.

Au cours d’une étape optionnelle 108, après l’étape 106, la valeur de la tension calculée et la référence de la fixation peuvent être enregistrées dans une base de données externe. Cet enregistrement peut être nécessaire pour vérifier la tension installée dans la fixation dans le temps.In an optional step 108, after step 106, the calculated tension value and the reference of the fastener may be recorded in an external database. This recording may be necessary to verify the tension installed in the fastener over time.

Le procédé de serrage décrit précédemment présente l’avantage d’installer une fixation à empreinte sans délai supplémentaire par rapport à une fixation de l’art antérieur, tout en contrôlant de manière fiable et répétable la tension dans la vis.The tightening method described above has the advantage of installing a recessed fastener without additional delay compared to a prior art fastener, while reliably and repeatably controlling the tension in the screw.

Le dispositif mis en œuvre permet en outre un gain de productivité. En effet, le dispositif selon l’invention permet de gagner en précision lors du contrôle et/ou des mesures, et donc de supprimer des étapes supplémentaires de vérification en cas de doute sur la fiabilité d’une mesure.The device implemented also allows for a gain in productivity. Indeed, the device according to the invention allows for increased precision during control and/or measurements, and therefore eliminates additional verification steps in the event of doubt about the reliability of a measurement.

La tension dans la vis peut être mesurée dans le temps en utilisant le dispositif de serrage précédemment décrit en débrayant la douille 44, dans la mesure où la tension installée de la fixation mesurée a été enregistrée dans une base de données, au cours de l’étape additionnelle 108.The tension in the screw can be measured over time using the previously described tightening device by disengaging the socket 44, since the installed tension of the measured fastener has been recorded in a database, during the additional step 108.

Claims (11)

Procédé de serrage asservi d’une fixation (30) comprenant une vis et un écrou, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :
a. Fourniture d’une vis (32) comprenant : une tête (322) présentant une surface avant plane (330) ; une portion filetée (324) ; et une empreinte (326), comprenant un fond plan (328) et une section non circulaire ;
b. Insertion (101) de la vis dans un perçage (20) traversant au moins deux éléments (22, 24) jusqu’à ce qu’une extrémité de la portion filetée émerge des éléments, et mise en place d’un écrou (34) sur l’extrémité émergente de la portion filetée de la vis ;
c. Engagement (102) d’un embout (76) immobilisateur dans l’empreinte, jusqu’à ce qu’une face avant (78) de l’embout contacte le fond plan (328) de ladite empreinte, ledit embout immobilisateur comprenant une forme complémentaire de la section non circulaire de ladite empreinte ;
d. Mise en rotation (103) de l’écrou sur la portion filetée de la vis tout en bloquant en rotation l’embout immobilisateur et la vis ;
e. Excitation (104) d’un transducteur à ultrasons (88) disposé sur une face arrière (80) de l’embout, le transducteur à ultrasons étant apte à générer des ondes ultrasonores dans l’embout (76) et la vis (32) quand l’embout est engagé dans l’empreinte de la vis ;
f. Réception (105) des ondes ultrasonores réfléchies par la surface avant plane de la tête de vis et traitement des ondes ultrasonores reçues pour calculer une tension dans la vis ;
g. Arrêt (106) de la rotation de l’écrou quand la tension dans la vis calculée égale une tension seuil prédéfinie.
Method for controlled tightening of a fastener (30) comprising a screw and a nut, characterized in that the method comprises the following steps:
a. Providing a screw (32) comprising: a head (322) having a flat front surface (330); a threaded portion (324); and a recess (326), comprising a flat bottom (328) and a non-circular section;
b. Inserting (101) the screw into a bore (20) passing through at least two elements (22, 24) until one end of the threaded portion emerges from the elements, and placing a nut (34) on the emerging end of the threaded portion of the screw;
c. Engagement (102) of an immobilizing tip (76) in the imprint, until a front face (78) of the tip contacts the flat bottom (328) of said imprint, said immobilizing tip comprising a shape complementary to the non-circular section of said imprint;
d. Rotating (103) the nut on the threaded portion of the screw while blocking the immobilizing tip and the screw in rotation;
e. Excitation (104) of an ultrasonic transducer (88) disposed on a rear face (80) of the tip, the ultrasonic transducer being capable of generating ultrasonic waves in the tip (76) and the screw (32) when the tip is engaged in the imprint of the screw;
f. Receiving (105) ultrasonic waves reflected from the flat front surface of the screw head and processing the received ultrasonic waves to calculate a tension in the screw;
g. Stop (106) the rotation of the nut when the calculated tension in the screw equals a predefined threshold tension.
Procédé de serrage selon la revendication 1 dans lequel le transducteur à ultrasons (88) est un transducteur piézoélectrique.The tightening method of claim 1 wherein the ultrasonic transducer (88) is a piezoelectric transducer. Procédé de serrage selon la revendication 1 ou 2 dans lequel, à l’étape d’engagement de l’embout dans l’empreinte de la vis, l’embout (76) immobilisateur est engagé avec une pression prédéterminée sur la vis (32) par l’intermédiaire d’au moins un organe élastique (90).Tightening method according to claim 1 or 2 wherein, in the step of engaging the tip in the imprint of the screw, the immobilizing tip (76) is engaged with a predetermined pressure on the screw (32) by means of at least one elastic member (90). Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un couplant sec est intercalé entre la face avant (78) de l’embout et le fond plan (328) de l’empreinte préalablement à l’excitation du transducteur (88).Method according to one of the preceding claims, in which a dry couplant is interposed between the front face (78) of the tip and the flat bottom (328) of the imprint prior to the excitation of the transducer (88). Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un couplant liquide ou gel est versé dans l’empreinte (326) préalablement à l’excitation du transducteur (88).Method according to one of the preceding claims, in which a liquid or gel couplant is poured into the imprint (326) prior to the excitation of the transducer (88). Dispositif de serrage configuré pour la mise en œuvre d’un procédé de serrage asservi selon l’une des revendications 1 à 5, d’une vis dans un perçage (20) traversant au moins deux éléments (22, 24), le dispositif de serrage comprenant :
- un corps (42) ;
- un embout (76) immobilisateur fixe en rotation et mobile axialement par rapport au corps (42), l’embout comprenant : une interface (82) anti-rotation configurée pour s’engager avec une section non-circulaire d’une empreinte de la vis ; une face avant (78) plane, configurée pour contacter un fond (328) plan de l’empreinte ; et une face arrière (80) opposée ;
- une douille (44) mobile en rotation par rapport au corps (42) et configurée pour entraîner un écrou (34) en rotation ; et
- un transducteur à ultrasons (88), disposé sur la face arrière (80) de l’embout, le transducteur à ultrasons (88) étant apte à générer des ondes ultrasonores dans l’embout (76) et dans la vis (32) quand la face avant (78) de l’embout est au contact du fond plan (328) de l’empreinte (326) de la vis.
Clamping device configured for implementing a controlled clamping method according to one of claims 1 to 5, of a screw in a bore (20) passing through at least two elements (22, 24), the clamping device comprising:
- a body (42);
- a tip (76) immobilizing fixed in rotation and axially movable relative to the body (42), the tip comprising: an anti-rotation interface (82) configured to engage with a non-circular section of a recess of the screw; a flat front face (78), configured to contact a flat bottom (328) of the recess; and an opposite rear face (80);
- a socket (44) movable in rotation relative to the body (42) and configured to drive a nut (34) in rotation; and
- an ultrasonic transducer (88), arranged on the rear face (80) of the tip, the ultrasonic transducer (88) being capable of generating ultrasonic waves in the tip (76) and in the screw (32) when the front face (78) of the tip is in contact with the flat bottom (328) of the imprint (326) of the screw.
Dispositif de serrage selon la revendication 6, comprenant en outre un support (46) d’immobilisateur, ledit support comprenant : une partie fixe (72) par rapport au corps ; et une partie mobile (74), apte à coulisser axialement à l’intérieur de la partie fixe ; le transducteur à ultrasons (88) et l’embout immobilisateur (76) étant solidaires de ladite partie mobile (74).Clamping device according to claim 6, further comprising an immobilizer support (46), said support comprising: a fixed part (72) relative to the body; and a movable part (74), capable of sliding axially inside the fixed part; the ultrasonic transducer (88) and the immobilizer tip (76) being integral with said movable part (74). Dispositif de serrage selon la revendication 7, comprenant un ressort (90) de compression disposé dans le support (46) immobilisateur, le ressort prenant appui d’une part sur la partie mobile (74) et d’autre part sur la partie fixe (72) du support immobilisateur.Clamping device according to claim 7, comprising a compression spring (90) arranged in the immobilizing support (46), the spring bearing on the one hand on the movable part (74) and on the other hand on the fixed part (72) of the immobilizing support. Dispositif de serrage selon l’une des revendications 6 à 8, dans lequel la douille comprend un logement avant (60), configuré pour recevoir l’écrou (34) pour l’entraînement en rotation dudit écrou.Clamping device according to one of claims 6 to 8, in which the socket comprises a front housing (60), configured to receive the nut (34) for driving said nut in rotation. Dispositif de serrage selon l’une des revendications 6 à 8, dans lequel l’embout présente une densité identique ou proche d’une densité de la vis.Clamping device according to one of claims 6 to 8, in which the tip has a density identical to or close to a density of the screw. Dispositif de serrage selon l’une des revendications 6 à 8, dans lequel l’embout et la vis sont fabriqués dans des matériaux identiques ou similaires.Clamping device according to one of claims 6 to 8, in which the tip and the screw are made of identical or similar materials.
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