Contrôle du serrage par fibre optique

L'intégration de capteurs par fibre optique au sein de la boulonnerie émerge comme une alternative technologique pertinente dans des contextes très précis.
appareil de mesure de serrage par fibre optique

Table des matières

Le contrôle du serrage par fibre optique

Dans le vaste éventail de solutions existantes pour le contrôle du serrage, chacune présentant des caractéristiques spécifiques, l’intégration de capteurs par fibre optique au sein de la boulonnerie émerge comme une alternative technologique d’une grande pertinence. Cet article se consacrera à examiner de près cette approche, mettant en lumière ses avantages significatifs, particulièrement dans le contexte de la surveillance d’assemblages stratégiques situés dans des environnements difficiles.

Les fibres optiques s'insèrent dans le serrage​

Le recours à des capteurs à fibre optique pour le contrôle du serrage offre une solution technique avancée, exploitant les propriétés uniques de la transmission optique pour garantir une mesure précise des contraintes exercées sur les vis au sein d’un assemblage. L’intégration directe de ces capteurs au niveau de la boulonnerie offre une méthodologie de surveillance en temps réel, permettant de détecter et d’évaluer les variations de tension avec une sensibilité exceptionnelle.
Cette approche s’avère particulièrement adaptée dans les environnements difficiles où les conditions opérationnelles peuvent être sévères. Les assemblages stratégiques, sujets à des contraintes mécaniques importantes, bénéficient ainsi d’une surveillance continue et fiable grâce à la technologie de fibre optique. Ces environnements incluent souvent des variations extrêmes de température, des vibrations fréquentes, ou même une exposition à des substances corrosives, autant de facteurs qui pourraient compromettre l’intégrité des assemblages classiques.

Pourquoi des fibres optiques dans le secteur du serrage industriel ?

La mécanique sous-jacente à cette solution repose sur l’ingénieuse intégration de capteurs en fibre optique au sein même des vis, goujons, et autres tiges filetées, à partir du diamètre M3. Le processus d’implémentation de cette technologie débute par l’intégration d’une fibre optique directement à la vis, laquelle est solidarisée par un procédé de collage spécialisé. Cette approche permet une liaison structurelle fiable entre la vis et la fibre, garantissant une transmission optimale des variations de contrainte.
Il y a la possibilité de rétrofit, c’est-à-dire la modification de visseries existantes en intégrant a posteriori ces capteurs. Néanmoins, dans la plupart des cas, il est plus judicieux d’opter pour la commande directe de boulonnerie pré-équipée de ces capteurs, optimisant ainsi la cohérence du de l’ensemble. Cette démarche assure une intégration homogène et maximise la fiabilité du dispositif de surveillance.
Le processus de serrage de la boulonnerie engendre un allongement de la fibre optique. Ce phénomène résulte des forces mécaniques exercées pendant le serrage, induisant une déformation mesurable dans la fibre. Le capteur de contrainte, sensible à ces variations, détecte précisément les changements dans la longueur de la fibre, fournissant ainsi une lecture instantanée et précise des contraintes subies par la vis.

Les points clés du serrage par allongement de la fibre optique

Une bonne précision

La technologie de contrôle du serrage par fibre optique offre une précision exceptionnelle dans la surveillance des assemblages mécaniques. Fondé sur le principe novateur d’intégration de fibres optiques de 0.25 mm de diamètre dans les vis, goujons et autres tiges filetées, ce système repose sur une méthodologie élaborée pour assurer une mesure fiable des variations de contrainte.

Une implémentation difficile et coûteuse

L’implémentation de cette fibre optique s’effectue avec une minutie particulière, logeant la fibre au centre d’un trou axial de 0.5 mm et l’ancrant solidement à la boulonnerie à l’aide d’un collage polymérisé à l’étuve. Ce procédé confère à l’ensemble une résistance exceptionnelle aux expositions de température, atteignant jusqu’à 320 °C. la complexité de cette procédure augmente les coûts de production de chaque vis de l’assemblage.

Un principe : l’interférométrie polarimétrique

La technologie de fibre optique employée repose sur un procédé breveté d’interférométrie polarimétrique en lumière blanche. Ce dernier permet le calcul précis des variations infimes de longueurs en émettant une lumière, dont le spectre est une onde lumineuse. Projetée sur un jeu de miroirs, cette lumière génère des signaux de retour analysés pour déterminer avec une précision remarquable l’allongement du boulon, à une échelle de 0.5 µm.

Un boîtier « interrogateur »

Le raccordement de la fibre, qu’il s’effectue avant ou après le serrage, est assuré par un connecteur. Celui-ci relie la sonde à un équipement dénommé « interrogateur », déporté par un cheminement de câbles sur des distances pouvant atteindre jusqu’à 7 kilomètres. Cet interrogateur est conçu pour prendre en charge simultanément jusqu’à 1000 sondes, permettant une gestion efficace et centralisée de multiples points de contrôle au sein d’un même système.

Prise en compte d’autres paramètres conjointement

Cette même technologie de fibre optique, au-delà de son application au contrôle de serrage, offre également la possibilité de détecter avec une grande précision la température, la pression, et les déplacements. L’interrogateur, central dans ce dispositif, orchestre la gestion harmonieuse de tous ces capteurs, soulignant ainsi la polyvalence et la robustesse de cette approche dans le domaine du contrôle mécanique avancé.

Suivre l’évolution de l’allongement de près

L’allongement des vis constitue un indicateur crucial dans plusieurs scénarios d’exploitation, se manifestant de différentes manières :

  1. Desserrage de la boulonnerie : lorsque la boulonnerie se desserre, une évolution de allongement de la vis peut être observé. Ce phénomène, souvent lié à des contraintes dynamiques ou vibratoires, peut compromettre l’intégrité structurelle de l’assemblage.

  2. Dilatation de l’assemblage : Lorsqu’une dilatation thermique affecte l’ensemble de l’assemblage, les vis subissent des variations dimensionnelles, entraînant une variation d’ allongement mesurable. Ce cas de figure se présente fréquemment dans des environnements sujets à des fluctuations de température.

  3. Charge exceptionnelle liée au processus : L’application d’une charge exceptionnelle sur l’assemblage, souvent associée à des procédés industriels particulièrement exigeants, peut générer un allongement significatif des vis.

La boulonnerie connectée, équipée de capteurs à fibre optique, s’avère être une solution ingénieuse offrant une double fonctionnalité. D’une part, elle permet une détermination précise du serrage, avec une granularité impressionnante de l’ordre de 0,5 µm/m. Cette précision remarquable garantit un contrôle rigoureux du serrage, assurant la stabilité mécanique des assemblages.

boîtier de contrôle de serrage par fibre optique

Quels sont les avantages de la solution ?

La solution de surveillance par fibre optique présente une multitude d’avantages techniques, la positionnant comme une option exceptionnelle pour une diversité de zones industrielles et de secteurs d’interventions. Cette technologie novatrice jouit de caractéristiques distinctives qui en font une solution versatile et hautement fiable.

  • En premier lieu, la solution s’installe aisément sur la plupart des zones industrielles, offrant une adaptabilité inégalée à divers contextes opérationnels. Son champ d’application englobe une variété de secteurs d’interventions, attestant de sa polyvalence.
  • Non seulement la solution est non émissive, mais elle démontre également une résistance exceptionnelle aux rayons gamma/bêta, aux champs magnétiques, et aux fréquences. L’énergie consommée est principalement attribuée à l’interrogateur, déporté hors zone, avec une consommation de 2 à 5 watts, minimisant ainsi son impact énergétique.
  • La diversité des gaines protectrices disponibles sur le marché des télécommunications, plusieurs centaines au total, renforce la robustesse de la solution. Ces gaines sont conçues pour résister à des conditions extrêmes telles que l’immersion jusqu’à 300 bars, les chocs, les agressions chimiques, les rayons, et les rayons de courbure importants.
  • Grâce à sa précision et à la capacité de mémorisation des relevés, la solution permet de détecter l’évolution de l’allongement d’un assemblage, offrant même la capacité de discerner des signes de détérioration dus à la corrosion.
  • La fibre optique, composée de silice pure, se montre particulièrement adaptée aux zones de rayonnements ionisants, avec des essais concluants qui ont validé son utilisation dans ces environnements irradiés.
  • Un avantage clé de cette solution réside dans sa plage étendue de température d’exposition, allant de -290°C à +320°C. La fibre optique, insensible à la température, maintient une dilatation nulle, préservant ainsi l’intégrité des relevés d’allongements.
  • Le positionnement stratégique de la jauge sur l’axe neutre la rend insensible aux phénomènes de couple, permettant ainsi la visualisation exclusive de l’allongement lors du serrage.
  • En outre, l’absence d’émissions perturbatrices, conjuguée à l’insensibilité de la fibre optique à divers facteurs externes tels que les rayonnements, les champs magnétiques, les distances jusqu’à 3.5 km, les températures extrêmes, les zones ATEX, la pression, les milieux humides subaquatiques, et les perturbations radiofréquences et micro-ondes, souligne la fiabilité exceptionnelle de cette solution dans des environnements industriels variés et exigeants.

Et les inconvénients ?

Bien que la solution de serrage avec des vis équipées de fibre optique offre des avantages indéniables, il est essentiel d’examiner attentivement ses inconvénients potentiels, afin d’appréhender les limites et les considérations associées à cette technologie innovante.

  1. Diminution de l’intégrité de la vis : La perforation de la vis pour l’intégration de la fibre optique engendre une légère diminution de son intégrité structurelle et, par conséquent, de sa résistance. Cependant, cette dégradation est considérée comme négligeable, se situant bien en deçà des coefficients de sécurité conventionnels. Pour référence, la perte estimée sur une vis de diamètre M16 atteint environ 2%, un niveau qui reste largement inférieur aux seuils acceptables dans des applications typiques.

  2. Monopole du fournisseur : Un inconvénient notable de cette solution réside dans son caractère exclusif, étant fabriquée par une seule société. Cette exclusivité limite la possibilité de faire jouer la concurrence, compromettant la flexibilité et la négociabilité dans le cadre d’affaires nécessitant l’application de cette technologie. La dépendance envers un unique fournisseur peut engendrer des implications financières et opérationnelles.

  1. Coût élevé : Selon certaines sources, le coût initial d’adoption de cette technologie peut être relativement élevé. Les équipements spécialisés, les capteurs, et les interrogateurs nécessaires à la mise en place du système peuvent représenter un investissement significatif, ce qui peut constituer un frein pour certaines entreprises, en particulier pour des petites et moyennes entreprises.

  2. Complexité d’installation : Certains retours d’expérience indiquent que l’installation de ce type de système peut être plus complexe par rapport aux méthodes de serrage conventionnelles. La manipulation de la fibre optique et la coordination des différents composants requièrent une expertise spécifique, entraînant potentiellement des délais d’installation plus longs et des coûts associés.

  3. Maintenance spécialisée : La maintenance de la solution de serrage avec des vis équipées de fibre optique peut nécessiter des compétences spécialisées. Les techniciens doivent être formés spécifiquement pour diagnostiquer et résoudre d’éventuels problèmes liés à la fibre optique, ce qui peut augmenter la complexité des opérations de maintenance et potentiellement rallonger les temps d’indisponibilité.

  4. Limitation des options de personnalisation : En raison de la nature exclusive de cette solution, la personnalisation des composants peut être limitée. Les utilisateurs peuvent être restreints dans leurs choix de spécifications et de configurations, ce qui peut être contraignant dans des applications nécessitant une adaptation précise aux besoins spécifiques de l’industrie.

Il est crucial de prendre en compte ces inconvénients dans l’évaluation globale de la solution, en tenant compte des exigences spécifiques de chaque application et des compromis potentiels associés à l’adoption de cette technologie particulière.

Les alternatives

Découvrez une solution alternative avec le TRAXX-M2, un système de mesure de tension de serrage par ultrasons qui fonctionne sur des vis brutes, non rectifiées, de toutes tailles et de tout diamètre et qui permet une surveillance des assemblages sur le long terme de centaines de vis, boulons et goujons.