CH617400A5

CH617400A5 -

Info

Publication number: CH617400A5
Application number: CH1097677A
Authority: CH
Inventors: Endre Pongracz
Original assignee: Sapal Plieuses Automatiques
Priority date: 1977-09-07
Filing date: 1977-09-07
Publication date: 1980-05-30
Also published as: GB2008795A; US4277731A; DE2838375C2; GB2008795B; DE2838375A1

Description

io La présente invention concerne une machine à emballer. De telles machines sont employées, par exemple, pour effectuer à grande cadence l'emballage individuel de plaques de chocolat ou d'autres produits se présentant d'une manière analogue.

Une machine d'emballage classique comporte une pluralité i5 d'organes mobiles actionnés par un arbre à cames. Autrement dit, le programme correspondant à un travail donné est incorporé dans la structure et dans la disposition des cames. A chaque came sont associés différents éléments de transmission, comme leviers, tirettes, etc., et, en option, des éléments pour le réglage manuel 20 des courses.

La machine classique à cames mécaniques est caractérisée par de nombreux inconvénients :

— La modification de la course du mouvement nécessite un réglage manuel et l'intervention d'un mécanicien qualifié.

25 — La modification de la position initiale du mouvement (calage ou zéro relatif du mouvement) demande également un temps précieux à un mécanicien.

— La modification du début du mouvement par rapport au zéro absolu du cycle de la machine demande le décalage et le

30 regoupillage de la came.

— La modification de la cinématique du mouvement ou de l'angle attribué pour l'exécution du mouvement exige la fabrication d'une nouvelle came.

— La modification du programme d'un mouvement d'un cycle à 35 l'autre de la machine (par exemple le verrouillage du mouvement dans certaines conditions) n'est possible que moyennant une construction spéciale et coûteuse.

— Le remplacement d'une came demande un temps considérable.

— Les cames des machines rapides exigent une lubrification 40 continue (bains d'huile).

— La grande inertie de l'arbre à cames chargé de cames rend impossible l'arrêt instantané d'un mouvement en cas d'arrêt de sécurité de la machine.

— La distance souvent grande entre l'outil du travail (par

45 exemple plieur) et la came nécessite un nombre considérable d'éléments de machine, ce qui augmente la probabilité d'une panne mécanique.

— L'adjonction de nouvelles fonctions sur une machine existante (nouvelles fonctions qui n'ont pas été prévues lorsqu'on a créé

so la machine) met le constructeur souvent devant une tâche impossible.

— La construction d'une nouvelle machine est longue, parce qu'il faut chaque fois construire le bâti avec l'arbre de cames et le bain d'huile.

55 Les inconvénients, cités ci-dessus, sont particulièrement gênants lorsqu'il s'agit d'une machine universelle réglable, qui subit souvent un changement de format pendant son exploitation.

Une amélioration consiste dans le remplacement des cames mécaniques par les suiveurs de cames électroniques. En ce cas, «i chaque mouvement a un entraînement individuel asservi par le signal provenant d'un suiveur de cames électronique. Néanmoins, il reste encore des inconvénients :

— Les réglages sont délicats, s'agissant de signaux analogiques. Leur digitalisation n'est possible que moyennant des équipe-ments supplémentaires.

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— Le positionnement initial et le maintien de la position du zéro relatif avec un système d'asservissement demandent des capteurs de position coûteux.

Une autre approche pour éliminer les inconvénients des cames mécaniques consiste dans l'utilisation de la commande digitale pour la programmation d'un mouvement à entraînement individuel. On trouve des exemples dans deux domaines :

a) machines à outils à commande numérique,

b) robots industriels à commande numérique.

Dans ces deux domaines, nous trouvons les caractéristiques communes :

— Le nombre de mouvements est limité.

— La cinématique des mouvements est simple.

— Les accélérations sont faibles.

— Les mouvements ne se croisent pas.

— La vitesse des machines est fixe (éventuellement, il existe une deuxième ou troisième vitesse).

Ces systèmes ne sont pas applicables pour les machines d'emballage rapides qui ont les caractéristiques suivantes :

— Grand nombre de mouvements.

— Cinématique variable.

— Accélération élevée (de l'ordre de 5 g, par exemple).

— Mouvements croisés.

— Vitesse réglable dans toute la plage qui s'étend depuis 0

à 100% de la vitesse maximale (de l'ordre de 1,5 m/s, par exemple).

L'invention a pour but de remédier aux inconvénients, susmentionnés, des machines à emballer à cames ou à suiveurs de came électroniques, et de fournir une machine d'emballage d'emploi très souple et très commode, capable de travailler à des rythmes élevés, avec des coûts de fabrication et d'entretien acceptables, et où les modifications et les adaptations sont aisées à effectuer.

La machine d'emballage selon l'invention, comprenant une pluralité d'organes mobiles et des moyens pour commander les mouvements desdits organes, est caractérisée en ce que lesdits moyens de commande comprennent un générateur d'impulsions de synchronisation, un circuit de contrôle recevant lesdites impulsions et comportant un ordinateur dont la mémoire contient au moins un programme de travail, des périphériques reliés à l'ordinateur comportant chacun un processeur commandé par l'ordinateur, et un moteur pas à pas commandé par le processeur et actionnant chacun un desdits organes.

Une telle machine se prête fort bien à une réalisation hybride comportant, d'une part, des cames mécaniques commandées par un arbre principal, ou des suiveurs de cames électroniques commandées par un arbre à cames solidaire d'un arbre principal, comme dans les machines de l'art antérieur, et, d'autre part, les moyens prévus dans la présente invention. Dans ce cas-là, la synchronisation au niveau de la commande est assurée de la manière suivante: le générateur d'impulsions est relié à l'arbre et agencé de manière à émettre des impulsions à une fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation de l'arbre.

Par analogie, le circuit de contrôle, avec l'ordinateur, joue le rôle de l'arbre à cames et le périphérique, celui de la came. Le générateur d'impulsions, qui peut consister en une horloge de synchronisation, joue un rôle analogue à l'entraînement de l'arbre à cames classique.

Dans une forme de réalisation typique, le circuit de contrôle comporte un micro-ordinateur. Il gère le cycle de la machine. Sa mémoire contient, sous forme de programme, la séquence des mouvements individuels. Il transmet l'ordre de mouvement au périphérique choisi, à l'instant voulu dans le cycle de la machine, ainsi que l'impulsion de start pour l'exécution de ce mouvement. Chaque périphérique se compose d'un entraînement à moteur pas à pas, avec sa commande autonome, et d'un processeur rapide qui produit un train d'impulsions pour la commande du moteur pas à pas, en fonction des paramètres reçus du contrôleur du système.

Le processeur rapide utilise une référence de vitesse centrale provenant soit d'un oscillateur, soit d'un générateur d'impulsions rotatif entraîné par la machine maître. De plus, chaque périphérique comporte un générateur d'impulsions, calé sur son moteur, pour surveiller l'exécution de la tâche et un initiateur à fente pour pouvoir définir le zéro absolu du mouvement.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'une forme d'exécution donnée ci-après à titre d'exemple, en référence au dessin sur lequel:

la fig. 1 représente la partie mécanique d'un périphérique; la fig. 2 représente le principe de générateur des signaux FI, REV et SYNCHR;

la fig. 3 est une représentation schématique de la commande de la machine ;

les fig. 4 et 5 sont des vues générales d'une machine à emballer du type hybride.

La description faite ci-après se rapporte à une machine hybride expérimentale. La machine hybride représente un cas particulier de l'invention, qui présente un intérêt certain lorsqu'on ne veut pas sacrifier la totalité de la commande d'une machine classique, mais qu'on veut l'améliorer grâce à l'invention. C'est donc un cas particulier de l'invention qui présente d'intéressantes possibilités. La description se référera plus particulièrement à un prototype sur lequel on a testé la souplesse d'emploi procurée par l'invention, ainsi que son excellente compatibilité avec les mécanismes connus.

La fig. 1 montre un périphérique pour mouvement linéaire, avec moteur rotatif. Le moteur pas à pas 1 est ancré sur le bâti de la machine (non représentée sur la figure) par quatre vis engagées dans les trous 19.

Le moteur 1 entraîne par l'intermédiaire de la roue 3 la courroie crantée 2. La courroie 2 passe sur la roue de renvoi 4 et sur le tendeur 5. Trois dents de la partie horizontale de la courroie sont pincées entre la pièce de pinçage 6 et la contre-pièce de pinçage 7. Les pièces 6 et 7 sont fixées sur le plot 8 de l'entraînement linéaire. Le plot 8 coulisse sur les guides 9 et 10, ancrées dans les parois 16 et 17. La paroi arrière 16 et la paroi avant 17 sont également fixées sur le bâti de la machine. Le plot 8 porte également l'outil de travail 12. Lorsque le mouvement est ramené dans la position en arrière, le drapeau 11, fixé sur le plot 8, entre dans une fente prévue sur un dispositif de détection photo-électrique 13, dont le signal est utilisé par l'ordinateur lorsqu'il initialise la machine, comme décrit plus loin. Ce dispositif 13, appelé ci-après initiateur à fente, est fixé sur la paroi arrière. La butée arrière 14 empêche de ressortir le drapeau 11 de la fente et limite la course linéaire en arrière. La butée 15 limite la course linéaire en avant. Le moteur 1 possède un deuxième bout d'axe 40 du côté opposé à la roue d'entraînement 3. Ce deuxième bout d'axe porte le rotor d'un générateur incrémental 18, tandis que le stator du générateur est fixé sur la plaque frontale du moteur. Le générateur 18 a deux canaux permettant l'identification du sens de rotation.

A titre d'indication, on peut préciser qu'on a utilisé, pour le prototype, un moteur pas à pas modèle 21-4288 D 200 de la marque Sigma Instruments Inc., sur lequel 200 pas équivalent à un tour. Le générateur incrémental choisi était le modèle Trim-Step de la marque Trump-Ross, et possède 200 traits par tour, ces traits étant disposés axialement sur une surface cylindrique, de manière à éliminer l'inconvénient d'un jeu axial. Le processeur rapide utilisé pour le périphérique était du type RCA CDP 1802 Cosmac, muni de deux mémoires Intel 1702 A, qui sont des PROM effaçables et reprogrammables à 256 bytes. Bien entendu, il existe une foule d'autres produits qu'il est facile à l'homme du métier de choisir en fonction de ses préférences ou de ses besoins particuliers.

La fig. 2 montre schématiquement un exemple de génération des signaux SYNCHR, FI et REV. L'axe de rotation 43 de la machine maître 30 entraîne un drapeau 39. Une fois par cycle de la machine, le drapeau passe dans la fente d'un initiateur à

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fente 32. Le signal de sortie de l'initiateur 32 traverse un commutateur électronique 36 lorsque ce dernier se trouve dans la position 1 et forme le signal SYNCHR. L'axe 43 entraîne un multiplicateur par 8 mécanique 33, l'axe de sortie 44 du multiplicateur 33 entraîne le rotor du générateur incrémental rotatif 34 à une vitesse angulaire 8 fois plus élevée que celle de l'axe de la machine.

Le signal de sortie du générateur 34 traverse le doubleur de fréquence électronique 35 et le commutateur électronique 36 en position 1. On obtient ainsi le signal FI qui n'est autre que des impulsions périodiques dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de la machine. Lorsque l'axe de la machine tourne à une vitesse de 300 t/mn, la fréquence FI est égale à 64 kHz. Le signal REV est obtenu par le diviseur par 128 électronique 37. A 300 t/mn de la machine, la fréquence REV est égale à 500 Hz. Le commutateur électronique 36 permet de fournir des impulsions même si l'axe de la machine maître ne tourne pas. Lorsqu'on met le commutateur dans la position 2, l'horloge interne 31 produit le signal FI et le signal SYNCHR est dérivé du signal REV par le diviseur par 100 électronique 38.

A titre d'exemple, on peut préciser que le générateur incrémental 34 utilisé pour la machine prototype était le modèle Rota-switch de la marque Disc Instruments Inc., comportant 800 traits radiaux sur un disque. Le multiplicateur par 8 mécanique 33 et le doubleur électronique 35 permettent de simuler les résultats qu'on aurait obtenus avec un générateur incrémental de résolution 16 fois plus élevé; les essais ont permis de voir qu'il est ainsi possible en certaines circonstances d'éviter la dépense élevée que constitue un générateur incrémental à très haute résolution.

La fig. 3 illustre schématiquement l'électronique de commande. Pour la réalisation de l'ordinateur du prototype susmentionné, on a utilisé un processeur Intel 8085 muni de mémoires PROM effaçables et reprogrammables Intel 1702A-2.

Bien entendu, il existe une foule d'autres produits pouvant servir aux mêmes fins. L'ordinateur 20 comporte en mémoire plusieurs programmes, et le choix est effectué à l'aide d'un sélecteur de programme 23. Ce sélecteur peut être constitué par une console de commande telle qu'en comportent certains micro- ou mini-ordinateurs. Bien entendu, l'ordinateur peut être doté d'une console de commande aussi sophistiquée que l'on désire. L'ordinateur 20, appelé ci-après contrôleur du système, reçoit les signaux SYNCHR et REV. Le contrôleur du système transmet par le bus 44 les ordres individuels à chaque processeur rapide 21. Les processeurs rapides 21 reçoivent le signal commun FI qui leur permet le calcul des intervalles du train d'impulsions transmis au circuit de commande 22 du moteur pas à pas 1 en fonction du programme attribué par le contrôleur du système et de la vitesse de la machine. A chaque moteur pas à pas, nous trouvons associés un générateur incrémental rotatif 18 et un initiateur à fente 13. Le signal de l'initiateur à fente 13 est directement raccordé sur l'entrée du contrôleur du système tandis que les signaux de sortie à deux phases du générateur incrémental rotatif 18 sont traités dans le processeur rapide 21 qui demande l'intervention du contrôleur du système en cas de défaut d'exécution.

Explication du fonctionnement:

1) Initialisation

Pour que le système puisse reconnaître l'état admissible de la machine pour démarrage, chaque mouvement doit être ramené sur la butée arrière 14, où le drapeau 11 se trouve dans la fente de l'initiateur 13. La machine maître doit être dans une position neutre, où le drapeau 39 se trouve dans la fente de l'initiateur 32. Le sélecteur de programme 23 doit être mis dans la position qui correspond au programme désiré de la machine. Une position du sélecteur 23 représente une option en ce qui concerne les variables suivantes :

— calage (zéro relatif) de chaque mouvement individuel,

— ordre des opérations dans le cycle du travail de la machine,

— angle attribué pour l'exécution de chaque opération,

— sens de chaque mouvement individuel,

— cinématique de chaque mouvement individuel.

Si les conditions pour le démarrage de la machine sont réunies après l'impulsion de start, le calage des mouvements s'effectue selon le schéma suivant: le moteur pas à pas I reçoit les impulsions à fréquence fixe du signal REV, dérivé du signal de l'horloge interne 31. Le plot 8 se déplace sur les guides 9 et 10 en avant à une vitesse constante. Le drapeau 11 arrive dans la position où le signal de sortie de l'initiateur à fente 13 commute de 1 à 0. Cette position est définie comme le zéro absolu du mouvement. A partir de cette position, le mouvement exécute une avance programmée toujours à vitesse constante sous contrôle du programme du contrôleur du système 20. Le moteur pas à pas est utilisé dans le régime start-stop. La nouvelle position de l'outil de travail 12 est définie comme le zéro relatif du mouvement associé à la position choisie sur le sélecteur 23. Les mouvements sont amenés l'un après l'autre dans une séquence programmée, dans leur position de zéro relatif. Lorsque le dernier mouvement dans la séquence a atteint la position du zéro relatif, l'initialisation de la machine est terminée et elle peut commencer le cycle du travail.

2) Cycle du travail

Le début du cycle du travail de la machine est défini par la commutation du signal de l'initiateur à fente 32 de 1 à 0. (Le drapeau 39 quitte la fente de l'initiateur.)

Le signal de l'initiateur porte le nom SYNCHR et définit le zéro absolu de la machine.

Le cycle du travail de la machine est géré par le contrôleur du système. Entre deux flancs négatifs du signal SYNCHR, il y a 100 impulsions du signal REV. Cela signifie que le contrôleur du système reconnaît les incréments d'angle de 3,6° dans l'intérieur du cycle de la machine.

La position choisie sur le sélecteur de programme 23 définit les incréments d'angle où les opérations doivent être initialisées. Le contrôleur du système transmet les paramètres du mouvement dans le registre d'entrée du processeur rapide du mouvement en question et donne l'impulsion de start.

A partir de ce moment, le mouvement est entièrement contrôlé par le processeur rapide (PRORAP) du mouvement.

Le processeur rapide décode le mot binaire reçu du contrôleur du système et génère le signal SENS OUT et le train d'impulsions STEP IN pour la commande autonome 22 du moteur pas à pas 1. Le mot reçu du contrôleur du système contient les données suivantes :

7 bits pour définir la course du mouvement, 1 bit pour définir le sens et 8 bits pour définir l'angle disponible pour le mouvement dans le cycle de la machine.

Dans la version simple, décrite ici, la cinématique du mouvement est fixe. L'accélération et la décélération sont symétriques. La courbe de la vitesse est exponentielle. Les 15 premiers intervalles sont calculés, la vitesse reste constante ensuite. Pour cette version simple, l'angle disponible pour le mouvement n'est pas directement transmis au processeur rapide. C'est un facteur de correction à 8 bits qu'on transmet, qui est précalculé de telle manière que la course voulue soit exécutée sur l'angle voulu du cycle de la machine. Le facteur de correction dans ce cas est représenté par deux BCD digits et programmable de 01 à 99.

Dans la version avancée, l'angle disponible est directement transmis au processeur rapide par 8 bits binaires et 4 bits supplémentaires permettant de .choisir parmi les 16 cinématiques différentes, soit en changeant la loi mathématique pour le calcul des intervalles, soit en variant l'angle d'accélération et celui de décélération en répartissant de façon asymétrique l'angle disponible.

Dans cette description, nous nous limitons à la version simple. La cinématique est exprimée par 16 valeurs binaires mémorisées dans la mémoire du processeur rapide.

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Le signal utilisé comme signal d'horloge par le processeur rapide est le signal FI dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de la machine. Un intervalle calculé entre deux impulsions STEP IN pour le moteur pas à pas est donné par un nombre de périodes du signal FI déterminé par une des 16 valeurs binaires 5 mémorisées. Le facteur de correction agit directement sur le signal FI par l'intermédiaire d'un «rate multiplier» à deux décades.

3) Système de surveillance

Le processeur rapide 24 est agencé pour détecter une éventuelle erreur dans l'exécution du mouvement. Un système combiné a été réalisé.

D'une part, on compte le nombre de pas exécutés par le moteur dans le sens correct dans un intervalle qui commence avec 15 la première impulsion STEP IN envoyée vers la commande du moteur et qui se termine après un léger décalage programmé par rapport à la dernière impulsion STEP IN envoyée vers la commande du moteur. On compare ce nombre avec le nombre d'impulsions programmées et on signale «Erreur d'exécution» si le nombre de pas est inférieur au nombre d'impulsions programmées.

D'autre part, on surveille pour chaque deux intervalles calculés si le mouvement a été bloqué ou non. Si pour les deux intervalles du programme, le moteur n'exécute aucun pas, on signale «Blocage du mouvement». Si l'un des deux signaux apparaît, le processeur rapide transmet vers le contrôleur du système une demande d'interruption. Le contrôleur du système interprète la demande et met en exécution la routine de sécurité correspondante (par exemple arrêt de sécurité positionné de la machine).

Les fig. 4 et 5 montrent une machine hybride. Les références concernent des éléments ayant fait l'objet d'une description ci-dessus; les autres parties sont des organes classiques et, pour cette raison, ne sont pas décrites.

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4 feuilles dessins

Claims

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1. Machine d'emballage comprenant une pluralité d'organes mobiles et des moyens pour commander les mouvements desdits organes, caractérisée en ce que lesdits moyens de commande comprennent un générateur d'impulsions (34) de synchronisation, un circuit de contrôle recevant lesdites impulsions et comportant un ordinateur (20) dont la mémoire contient au moins un programme de travail, des périphériques reliés à l'ordinateur comportant chacun un processeur (21) commandé par l'ordinateur, et un moteur pas à pas commandé par le processeur (21) et actionnant chacun un desdits organes.

2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque processeur (21) reçoit les impulsions de synchronisation.

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REVENDICATIONS

3. Machine selon la revendication 1, comportant un arbre de commande, caractérisée en ce que le générateur d'impulsions est relié à l'arbre (30) et agencé de manière à émettre des impulsions à une fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation de l'arbre (30).

4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que le générateur comporte un organe tournant cinématiquement, relié à l'arbre (30) et coopérant avec un détecteur photo-électrique de manière que ce dernier produise lesdites impulsions.

5. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une partie des organes mobiles est commandée par un arbre à cames cinématiquement solidaire de l'arbre de commande, une autre partie des organes mobiles étant commandée par les processeurs (21).

6. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un générateur d'impulsions piloté par une horloge interne.

7. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un processeur (21) contient en mémoire sous forme digitale plusieurs cinématiques possibles pour un mouvement, et en ce que le signal par lequel l'ordinateur (20) commande une action du processeur (21) comporte, sous forme digitale, le choix de la cinématique, en plus de l'indication de l'amplitude, ainsi que de la portion du cycle de travail attribuée à ce mouvement.

8. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'un au moins des périphériques comporte un générateur d'impulsions (18) à deux phases entraîné par le moteur et fournissant au processeur des impulsions dont le nombre est proportionnel au nombre de pas du moteur, le processeur étant agencé pour traiter ces signaux dans un programme de surveillance de l'exécution du mouvement ordonné provoquant, en cas d'erreur, l'envoi d'un message à l'ordinateur (20), ce dernier comportant un programme de sécurité grâce auquel il traite le message d'erreur et commande soit l'arrêt de la machine, soit une autre mesure de sécurité, soit la continuation du travail.

9. Machine selon la revendication 1 prévue pour l'exécution de différentes tâches, les mouvements des organes étant au moins en partie différents d'une tâche à l'autre, caractérisée en ce que l'ordinateur (20) comporte à cette fin plusieurs programmes, et en ce que le circuit de contrôle comporte des moyens de sélection de programme (23) permettant d'imposer à l'ordinateur le programme correspondant à une tâche donnée.

10. Machine selon la revendication 1, dont l'un au moins des périphériques comporte un moteur pas à pas rotatif (1), une courroie (2), entraînée par le moteur (I) et entraînant l'organe mobile (12) par l'intermédiaire d'un élément d'entraînement (8) solidaire de l'organe (12) et fixé à la courroie (2).

11. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'un au moins des moteurs pas à pas est un moteur linéaire.

12. Machine selon la revendication 1, caractérisée par au moins un détecteur (13) relié à des moyens d'entrée de l'ordinateur (20) et coopérant avec un élément (11) de l'organe mobile pour envoyer à l'ordinateur un signal indiquant que l'organe se trouve en position rétractée, afin de permettre à l'ordinateur d'assurer l'initialisation de la machine.

13. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un détecteur (32) coopérant avec un élément (39) 5 solidaire de l'axe, dont la sortie est reliée à une entrée de l'ordinateur (20) pour lui indiquer si l'arbre est dans sa position de zéro.