CH625451A5 - Engraving or marking machine - Google Patents

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CH625451A5
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Sydney Aveyard
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Rolls Royce
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    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44B—MACHINES, APPARATUS OR TOOLS FOR ARTISTIC WORK, e.g. FOR SCULPTURING, GUILLOCHING, CARVING, BRANDING, INLAYING
    • B44B3/00—Artist's machines or apparatus equipped with tools or work holders moving or able to be controlled substantially two- dimensionally for carving, engraving, or guilloching shallow ornamenting or markings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q35/00—Control systems or devices for copying directly from a pattern or a master model; Devices for use in copying manually
    • B23Q35/02—Copying discrete points from the pattern, e.g. for determining the position of holes to be drilled
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45212—Etching, engraving, sculpturing, carving

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

La présente invention concerne une machine à graver ou à marquer des pièces. Actuellement, cette opération est effectuée soit avec une machine manuelle dont l'outil de gravure est déplacé à la main pour produire les signes désirés, soit avec une machine à positionnement automatique qui utilise un ordinateur pour commander les déplacements relatifs de l'outil de gravure et de la pièce. Une machine de ce type est par exemple décrite dans le brevet des E.-U.A. No 3857025.
Dans de nombreuses applications, il est nécessaire de marquer sur une pièce une combinaison particulière de signes alphabétiques ou numériques, par exemple un numéro de référence ou de série. Avec une machine manuelle, l'opération de gravure est lente, coûteuse en main-d'œuvre et présente des risques pour la pièce. Par ailleurs, les machines à graver commandées par un ordinateur ont l'inconvénient d'être extrêmement complexes et coûteuses et n'éliminent pas les risques de détérioration de la pièce en cas de mauvais fonctionnement du système.
La présente invention a pour objet une machine à marquer ou à graver dans laquelle les signes sont composés automatiquement par des circuits électroniques simples commandés par un microprocesseur programmé ou par des circuits intégrés similaires.
La machine à marquer ou à graver de l'invention est définie par la revendication 1.
Les marques dans la trame peuvent correspondre à un seul caractère, à plusieurs caractères ou à une ou plusieurs parties d'une séquence de caractères.
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Dans un mode de réalisation préféré, la trame décrite par l'outil est une matrice de 7 x 5 points élémentaires.
Les mécanismes de translation peuvent être des moteurs pas à pas imprimant à l'outil des mouvements relatifs orthogonaux par rapport à la pièce.
Le dispositif électronique de commande peut comprendre un microprocesseur associé à une mémoire permanente qui contient les séquences d'instructions nécessaires pour reproduire n'importe lequel des caractères que la machine est capable d'exécuter.
L'opérateur peut disposer d'un clavier relié au microprocesseur pour sélectionner les séquences d'instructions désirées dans la mémoire permanente.
Les dessins annexés représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue schématique en élévation latérale d'une machine à marquer ou à graver réalisée selon les principes de l'invention.
La flg. 2 est une vue en plan de la machine.
La fig. 3 est un schéma synoptique du système électronique de commande et des composants électromécaniques de la machine.
La fig. 4 montre comment des caractères sont composés sur des matrices de points.
La machine de l'invention comprend une table 10 et une potence constituée d'une colonne verticale 12 et d'un bras 14 déplaçable verticalement le long de la colonne.
Le bras 14 porte un chariot mobile 16 qui est déplaçable longitudinalement au moyen d'une vis mère 18 commandée par un moteur pas à pas 20. Le chariot 16 porte un second bras transversal 22 qui est déplacé perpendiculairement au mouvement du chariot 16 par une seconde vis mère 24 commandée par un second moteur pas à pas 26. Le bras transversal 22 porte l'outil de gravure 28, qui peut être un poinçon pneumatique alimenté en air par un flexible 30. Le débit d'air comprimé est commandé par une électrovanne 32 représentée sur la fig. 3.
La pièce à graver 34 est fixée sur la table 10 par des moyens appropriés (non représentés). Il est évident que les mécanismes de translation 18,20 et 24,26 permettent de positionner l'outil 28 au-dessus de n'importe quel point de la table 10.
L'électrovanne 32 constitue le moyen d'actionnement de l'outil 28 dont le positionnement horizontal est assuré par les deux moteurs pas à pas 20 et 26. Dans l'exemple illustré, c'est l'outil qui est mobile par rapport à la pièce, mais on pourrait évidemment inverser cette disposition.
La fig. 3 est un schéma synoptique du dispositif électronique de commande de l'électrovanne 32 et des moteurs pas à pas 20 et 26. Le composant essentiel de la logique de commande est un microprocesseur 36, dans le cas présent un microprocesseur Intel modèle 8080 à huit bits. Le microprocesseur 36 est associé à une mémoire permanente (ROM) 38 et à une mémoire temporaire (RAM) 40. La mémoire permanente 38 est constituée de trois modules ROM programmables Intel type B2708. Les séquences d'instructions nécessaires à l'exécution de chacun des caractères sont stockées dans la mémoire permanente 38.
La mémoire temporaire 40 est constituée de huit modules RAM type 2102 B et sert de mémoire de travail pour le microprocesseur.
Les ordres externes de sélection des caractères sont introduits par un clavier 42 qui communique avec le microprocesseur par l'intermédiaire d'une carte d'entrées/sorties 44 et d'une interface périphérique programmable 46. La carte 44 sert d'adaptateur entre le clavier 42 et le système microprocesseur, alors que l'interface périphérique 46 assure la gestion des transferts et les conversions de format.
La carte d'entrées/sorties 44 comporte également une sortie de commande aboutissant à un amplificateur de puissance 48 qui fournit le courant nécessaire à l'actionnement de l'électrovanne 32.
Une seconde interface périphérique programmable 50 est branchée sur le bus du système et alimente un circuit de commande 52 qui fournit des signaux relativement complexes nécessaires à la commande des moteurs pas à pas 20 et 26.
Le reste du dispositif permet à l'opérateur de contrôler visuellement les caractères gravés par la machine. Pour cela, les caractères apparaissent sur un moniteur 54 associé à un contrôleur 56 et à une mémoire de visualisation 58. Le contrôleur 56 analyse continuellement le contenu de la mémoire 58 pour faire apparaître ses constantes sur l'écran du moniteur 54.
Le dispositif fonctionne de la manière suivante. Dès la mise sous tension initiale, le programme stocké dans la mémoire permanente 38 interroge l'opérateur par l'intermédiaire du moniteur visuel 54. Pour cela, le microprocesseur 36 compose caractère par caractère le mot CORPS? à partir d'une zone de la mémoire permanente 38 et transfère les signaux correspondants dans la mémoire de visualisation 58. Ces caractères sont ensuite lus pas le contrôleur 56 et visualisés sur l'écran du moniteur.
Le microprocesseur tourne ensuite en boucle fermée jusqu'à ce qu'il obtienne une réponse valable du clavier. Dans le cas présent, la réponse peut être soit un chiffre de 1 à 9 représentant le corps des caractères à graver, soit un ordre d'exécution immédiate appelé GO (qui peut être produit par une touche spéciale de la machine ou par la combinaison de deux touches d'une machine à écrire ordinaire). Lorsque l'ordre GO est donné par l'opérateur, le microprocesseur passe immédiatement à la séquence de gravure (voir ci-après) en utilisant des caractères précédemment chargés dans la mémoire de travail 40.
Dans le cas général, l'opérateur répond en frappant sur le clavier un chiffre de 1 à 9 qui est utilisé par le microprocesseur pour rechercher, dans la mémoire permanente 38, la séquence d'instructions correspondante et pour la transférer dans la mémoire de travail 40. En pratique, ces instructions sont utilisées par le circuit de commande 52 pour appliquer aux moteurs pas à pas 20 et 26 des nombres d'impulsions correspondant à l'espacement des points élémentaires de la matrice (voir ci-après).
Lorsque le CORPS a été déterminé, le microprocesseur interroge l'opérateur par l'intermédiaire du moniteur 54 pour connaître le texte alphabétique ou numérique à graver et passe en attente jusqu'à ce qu'il reçoive une réponse valable. A ce stade, toute séquence de caractères et d'espaces peut être introduite au clavier, en plus de l'ordre GO.
Si l'ordre GO n'est pas donné, le microprocesseur utilise les caractères introduits au clavier pour rechercher les séquences d'instructions correspondantes dans la mémoire permanente 38 et les charger dans la mémoire de travail 40. On peut considérer que le clavier 42 fournit au microprocesseur 36 des adresses d'accès à la mémoire permanente 38. Les instructions chargées dans la mémoire 40 sont en outre recopiées dans la mémoire 58 pour être visualisées sur l'écran du moniteur de contrôle 54.
Ce processus se répète jusqu'à ce que l'opérateur ait fini d'introduire la séquence de signes à graver qu'il contrôle immédiatement sur l'écran 54. Une touche d'effacement permet de corriger le dernier caractère introduit en cas d'erreur.
A ce stade, s'il ne l'a pas fait plus tôt, l'opérateur appuie sur la touche GO pour provoquer l'exécution de la routine de gravure qui est enregistrée dans la mémoire permanente 38.
Pour comprendre le rôle du microprocesseur dans l'exécution de la routine de gravure, il faut d'abord comprendre comment les caractères sont formés et mémorisés dans la mémoire de travail 40. On voit sur la fig. 4 que chaque caractère est formé sur une matrice de 5 x 7 carrés dont certains contiennent des empreintes, les autres étant libres. Une telle matrice permet de reproduire tous les caractères alphanumériques avec une précision acceptable.
Ainsi, chaque caractère peut être mémorisé sous la forme de cinq mots contenant chacun sept bits d'information et peut être reproduit par un outil commandé de façon à former des empreintes dans certains carrés de la matrice.
Le système de commande décrit travaille sur des octets de 8 bits, de sorte que le dernier bit de chaque mot n'est pas utilisé. De plus,
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pour espacer convenablement les caractères, il faut intercaler deux mots vides entre les matrices adjacentes. On obtient ainsi une matrice de 7 x 7 pour chaque caractère.
L'outil de gravure est déplacé par rapport à la pièce de façon à balayer tous les carrés de la matrice et il est commandé sélectivement pour former des marques dans certains carrés prédéterminés.
L'outil étant déplacé sur deux axes de coordonnées, on peut concevoir deux modes différents de balayage de la matrice. Le premier mode est un balayage dans le sens des abscisses (horizontalement sur la fig. 4) avec saut à la ligne adjacente à la fin de chaque course. Le second mode est un balayage dans le sens des ordonnées (verticalement sur la fig. 4) avec saut à la colonne adjacente à la fin de chaque course. Lorsqu'il y a plusieurs caractères à graver côte à côte, le premier mode de balayage est préférable, car il nécessite moins d'inversions de la course de l'outil. Dans l'exemple illustré, la trame de balayage consiste en un mouvement alterné dans le sens des abscisses (X) avec saut de ligne dans le sens des ordonnées (Y) à chaque inversion du mouvement.
En pratique, le microprocesseur analyse la ligne des bits de plus faible poids de tous les octets chargés dans la mémoire 40. C'est la ligne Y = 1 de la matrice illustrée sur la fig. 4. Cette information est transmise à l'interface 50 en même temps que le pas (nombre d'impulsions à appliquer au moteur pour avancer d'un pas dans la matrice). Le circuit de commande 52 alimente le moteur 20 de l'axe X et l'outil avance au carré X = 2, Y = 1. A ce point, le microprocesseur détecte la présence d'un bit actif signifiant que l'outil doit former une empreinte dans ce carré. Le moteur 20 cesse d'être alimenté et l'outil est actionné par l'intermédiaire de l'interface 46, de la carte d'entrées/sorties 44 et de l'amplificateur 48. Après un temps de retard suffisant pour que l'outil 28 revienne à sa position de repos, le moteur 20 est à nouveau alimenté pour passer au carré suivant X = 3, Y = 1. Le même processus se répète jusqu'à la fin de la ligne de caractères, c'est-à-dire jusqu'au carré X = 21, Y = 1 dans l'exemple de la fig. 4.
A ce point, le microprocesseur actionne le moteur 26 pour déplacer l'outil d'un pas dans le sens des ordonnées jusqu'à la ligne Y = 2. En même temps, une rotation circulaire est effectuée dans la mémoire 40 pour amener la seconde ligne de bits de poids le plus faible à la place de la première. Le microprocesseur lit maintenant la ligne Y = 2 de droite à gauche et donne aux moteurs et à l'outil les ordres correspondants.
Ce processus se répète pour chaque ligne de la trame et, en fin de compte, l'outil se retrouve à sa position de départ (X = 1, Y= 1). Les caractères mémorisés ont subi huit rotations et le contenu de la mémoire de travail 40 est le même qu'à l'origine. Le programme
étant terminé, le microprocesseur interroge l'opérateur par l'intermédiaire du moniteur 54 pour savoir s'il y a de nouveaux caractères à graver. S'il faut graver sur une autre pièce la même séquence de signes que celle qui se trouve dans la mémoire de travail 40, il suffit s d'appuyer sur la touche GO.
Comme on l'a vu précédemment, la trame choisie permet de réduire le nombre d'inversions du mouvement du chariot, mais il est évident qu'on pourrait adopter un balayage en ordonnées avec progression en abscisses à la fin de chaque colonne. La réponse de io l'opérateur à la question initiale concernant le corps des caractères permet de faire varier le nombre de pas du moteur entre deux points adjacents de la matrice 7 x 5, ce qui revient à effectuer une homothétie permettant d'agrandir ou de réduire les caractères dans des proportions considérables.
15 Bien qu'une matrice 7x5 soit commode pour reproduire les caractères alphanumériques de l'alphabet latin, il est évident qu'on pourrait adopter d'autres matrices pour reproduire des caractères cyrilliques, arabes, etc.
Le poinçon pneumatique 28 n'est qu'un exemple des nombreux 20 types d'outils que l'on pourrait utiliser: poinçons à commande électrique ou hydraulique, faisceaux lasers ou électroniques, etc. En variante, on peut déplacer la pièce par rapport à l'outil ou les deux simultanément.
L'idée de former des empreintes localisées à la place d'une ligne 25 continue est intéressante, car la gravure ne produit que de très faibles contraintes dans la surface de la pièce, ce qui peut être un facteur déterminant pour le marquage des pièces soumises à de très fortes contraintes mécaniques. On peut également faire varier la pression et/ou la forme de l'outil pour obtenir des empreintes 30 constantes dans différentes matières.
Avec un outil capable de travailler à des profondeurs variables, on peut marquer d'une manière plus ou moins satisfaisante des surfaces ondulées ou obliques, ou des surfaces en retrait.
Il est également possible de programmer le microprocesseur 36 35 de façon qu'il fasse varier la force exercée sur le poinçon (pression pneumatique) en fonction du corps spécifié pour les caractères.
Ainsi, avec un poinçon conique, on peut obtenir des empreintes de diamètre variable et adapté à la grosseur désirée du trait. Le même résultat peut être obtenu avec des outils interchangeables à bout rond. « Lorsque l'indication imprimée est un numéro de série, le microprocesseur peut être programmé pour incrémenter le numéro à chaque opération sans intervention manuelle. La progression n'est pas nécessairement d'une seule unité et on peut également ajouter devant le numéro de série un préfixe alphanumérique qui est 45 incrémenté à la fin de chaque série ou lot.
R
2 feuilles dessins

Claims (18)

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    REVENDICATIONS
    1. Machine à marquer ou à graver, comprenant un outil destiné à produire une marque sur une pièce, des moyens de translation produisant des mouvements relatifs entre l'outil et la pièce, un moyen d'actionnement de l'outil, et un dispositif électronique de commande des moyens de translation et du moyen d'actionnement, caractérisée en ce que l'outil (28) est commandé de manière discontinue par son moyen d'actionnement (32), et en ce que le dispositif électronique (36, 38, 40,42) commande les moyens de translation (20, 26) pour déplacer l'outil suivant une trame prédéterminée par rapport à la pièce (34) et pour commander le moyen d'actionnement de façon que l'outil forme des marques distinctes en différents points de la trame, l'ensemble desdites marques permettant de composer le ou les caractères à graver.
  2. 2. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif électronique fournit successivement tous les signaux nécessaires à l'exécution d'un seul caractère avant de passer au caractère suivant.
  3. 3. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif électronique fournit successivement tous les signaux nécessaires à l'exécution de parties de différents caractères.
  4. 4. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif électronique fournit, par caractère, des signaux permettant des marques selon une trame rectangulaire de 7x5 points.
  5. 5. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de translation comprennent deux moteurs pas à pas (20,26) produisant des mouvements relatifs orthogonaux entre l'outil et la pièce.
  6. 6. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'outil est un poinçon à commande mécanique, pneumatique, hydraulique ou électrique.
  7. 7. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif électronique de commande comprend une unité centrale de traitement (36) ayant accès à une mémoire permanente (38) qui contient les instructions nécessaires au positionnement et à la commande de l'outil pour produire un jeu de caractères.
  8. 8. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte un clavier (42) permettant à l'opérateur de choisir les caractères à imprimer, le clavier étant relié à l'unité centrale de traitement (36) pour lui indiquer les séquences d'instructions à utiliser dans la mémoire permanente (38).
  9. 9. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 8, caractérisée en ce que son dispositif électronique de commande comprend une mémoire temporaire de travail (40) dans laquelle les séquences d'instructions extraites de la mémoire permanente (38)
    sont transférées par l'unité centrale de traitement (36) sous contrôle du clavier (42).
  10. 10. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 9, caractérisée en ce que les caractères sélectionnés au moyen du clavier (42) sont affichés sur un écran de contrôle (54).
  11. 11. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 10, caractérisée en ce que son dispositif électronique de commande comprend une mémoire temporaire de visualisation (58) associée à l'écran de contrôle (54), et en ce que l'unité centrale de traitement (36) recopie dans la mémoire de visualisation les caractères sélectionnés au moyen du clavier pour qu'ils soient affichés sur l'écran de visualisation en même temps qu'ils sont gravés par l'outil.
  12. 12. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 9, caractérisée en ce que le clavier (42) comporte une touche d'exécution immédiate d'un sous-programme de gravure par l'unité centrale de traitement (36) qui commande les moyens de translation (20,26) et le moyen d'actionnement (28) en fonction du contenu de la mémoire de travail (40).
  13. 13. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 12,
    caractérisée en ce que chaque caractère est enregistré sous la forme d'une série de mots de plusieurs bits représentant chaque colonne de la matrice de points, et en ce que l'unité centrale de traitement (36) analyse chaque caractère en détectant sa rangée de bits de plus faible poids, en faisant tourner les bits de chaque mot de façon que le bit de poids le plus faible devienne le bit de poids le plus fort, et en répétant l'opération jusqu'à ce que tous les bits de chaque mot aient été analysés.
  14. 14. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'unité centrale de traitement (36) utilise chaque ligne de bits analysée pour commander les moyens de translation (20,26) et le moyen d'actionnement (32) de façon à exécuter une ligne de la trame correspondant à la rangée des bits de plus faible poids du caractère enregistré.
  15. 15. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'unité centrale de traitement (36) reçoit du clavier (42) une information d'échelle déterminant le corps du caractère et utilise ladite information pour commander les moyens de translation (20,26) de façon à faire varier la course de l'outil (28) par rapport à la pièce (34) entre deux points caractéristiques de la trame, ce qui permet de réduire ou d'agrandir homothétiquement les caractères gravés.
  16. 16. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 15, caractérisée en ce que les moyens de translation comprennent deux moteurs pas à pas (20,26) commandés par l'unité centrale de traitement (36), cette dernière utilisant l'information d'échelle pour déterminer le nombre de pas de rotation des moteurs entre deux points caractéristiques de la trame.
  17. 17. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 15, caractérisée en ce que l'unité centrale de traitement (36) utilise également l'information d'échelle pour moduler l'action de l'outil de façon à faire varier la taille des marques qui constituent le caractère.
  18. 18. Machine à marquer ou à graver selon la revendication 17, caractérisée en ce que l'outil (28) est un poinçon commandé par une pression de fluide que l'unité centrale de traitement module pour faire varier la profondeur des empreintes et la taille des marques.
CH867678A 1977-08-16 1978-08-15 Engraving or marking machine CH625451A5 (en)

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