Mesure du couple sur un cas de référence

Afin de tester la faisabilité de la mesure du couple de réaction, la méthode la plus simple consiste à modifier un outil existant qui possède un accès direct sur l’immobilisateur, comme la visseuse Atlas Copco ETP-STB32-12-10 utilisée en première partie du chapitre 3 (Figure 4.1-1).

Figure 4.1-1 Visseuse sans fil Atlas Copco ETP-STB32-12-10

1.1 Mesure du couple sur un cas de référence

Nous souhaitons mesurer le couple passant par l’immobilisateur en utilisant un bras de levier. Celui-ci, solidaire de l’immobilisateur, va venir appuyer sur un capteur de force.

En utilisant une imprimante 3D, un premier prototype est réalisé afin de tester ce concept.

Le signal est ensuite traité en utilisant une relation fournie par le constructeur afin de calculer la force appliquée puis, en utilisant la longueur du bras de levier, calculer le couple.

Figure 4.1-2 Prototype de mesure de couple de réaction avec un capteur de force

En utilisant une clé dynamométrique avec aiguille suiveuse, un premier essai de calibration est réalisé. La comparaison (clé dynamométrique/capteur de force) est menée sur différents paliers de couples. Les valeurs cibles sont : 0,5, 1 et 1,5 N.m maintenues environ 5 secondes. Les valeurs données par le capteur après traitement sont les suivantes (Figure 4.1-3), l’essai étant réalisé deux fois.

Les résultats de manière générale encadrent les valeurs cibles. Bien que la clé dynamométrique soit précise, la lecture du cadran peut entraîner des variations et le maintien sur une valeur précise n’est pas évident, ce qui explique les variations.

Chapitre 4 Seconde campagne d’essais

Figure 4.1-3 Essai de calibration pour le capteur de force

Finalement, ces résultats sont très encourageants et doivent être confirmés lors d’un serrage réel pour comparer la valeur mesurée avec celle donnée par la visseuse. Un serrage sur un cas de référence sans jeu est donc réalisé (Figure 4.1-4).

Figure 4.1-4 Valeurs de couples mesurées par la visseuse et le capteur en fonction du temps

Les résultats sont conformes à ceux prévus : le couple donné par le capteur de force et celui donné par la visseuse sont égaux, jusqu’à l’accostage de l’écrou sur la plaque. Le serrage de ce cas de référence sans défaut étant réalisé à vitesse de serrage constante, il est possible d’afficher ces deux courbes selon la relation couple/angle (Figure 4.1-5), pour un résultat similaire.

Figure 4.1-5 Valeurs de couples mesurées par la visseuse et le capteur en fonction de l’angle

Là encore, dès que l’écrou accoste la plaque, les deux couples diffèrent et prennent des pentes différentes pour la suite du serrage. Un changement de pente entre le « plateau » et la pente finale est donc visible pour les deux couples lors d’un essai de référence.

Une fois le concept validé en utilisant un prototype, une solution plus pérenne est réalisée en usinant un support en aluminium, afin d’avoir un support plus rigide et moins de dispersion pour les essais suivants (Figure 4.1-6).

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Chapitre 4 Seconde campagne d’essais

Figure 4.1-6 Vue du support en aluminium

Si la littérature et les modèles analytiques ou éléments finis précédents ont analysé la relation couple/angle au niveau de l’écrou, la relation couple/angle de réaction au niveau de la vis n’a jamais été investiguée. En effet il n’existe pas, à notre connaissance, d’article traitant de ce sujet dans la littérature. Donc, afin d’avoir une évaluation des mesures obtenues et, mieux encore, de cerner les phénomènes mis en jeu, un modèle éléments finis est développé en parallèle. Ainsi, le bras de levier, l’immobilisateur et le support sont modélisés, le reste du renvoi d’angle est considéré rigide et n’est pas pris en compte (Figure 4.1-7). Ces éléments sont ajoutés au modèle de serrage des fixations présenté dans le chapitre 2 sur les modèles. Dans un premier temps, le capteur est également considéré comme un solide indéformable, pour simplifier les calculs. La base du support est encastrée tandis que l’immobilisateur peut seulement tourner autour de l’axe vertical, les autres directions étant contraintes.

Figure 4.1-7 Vue du modèle éléments finis (à gauche) et éléments réels correspondants

Les conditions de frottements sont les mêmes que celles utilisées lors de la modélisation du freinage. Le résultat de la simulation est comparé avec l’essai de référence réalisé au début de ce chapitre (Figure 4.1-5). Les allures générales des deux courbes étant très proches, le résultat est très satisfaisant (Figure 4.1-8).

Chapitre 4 Seconde campagne d’essais

Figure 4.1-8 Courbes des serrages issues de la simulation et de l’essai de référence, avec mesure du couple de réaction

La mesure du couple de réaction est donc possible et la différence des couples obtenus peut permettre de détecter précisément le point d’accostage de l’écrou sur la plaque. Cependant, comme ce prototype résulte de la modification d’une visseuse existante, les deux mesures ont des bases de temps légèrement différentes et les mesures doivent être recalées manuellement, annulant en partie le bénéfice sur la détection, sans toutefois remettre en cause le principe.

L’objectif principal de la mesure du couple de réaction étant d’améliorer la détection des défauts, il faut maintenant le tester dans des cas avec défauts, et ce comme dans le chapitre précédent, en commençant par des essais avec jeux.

1.2 Mesure du couple de réaction, application aux essais avec jeux et vis