EP0108343A1

EP0108343A1 - Procédé de bobinage automatique de bobines toroidales miniatures et machine pour sa mise en oeuvre

Info

Publication number: EP0108343A1
Application number: EP83110715A
Authority: EP
Inventors: Jacques Noirot; Alain Picco
Original assignee: SARCEM SA
Current assignee: SARCEM SA
Priority date: 1982-11-09
Filing date: 1983-10-26
Publication date: 1984-05-16

Abstract

Selon ce procédé, avant chaque insertion du fil dans le trou de la bobine, on positionne automatiquement ce trou par rapport à l'extrémité du fil en fonction d'informations vidéo relatives à ce trou et à ce fil. La machine à bobiner comporte une pince porte-bobine (2), une pince serre-fil (11) ainsi qu'une caméra vidéo (26) et un appareillage électronique (27). La position relative des pinces porte-bobine (2) et serre-fil (11) en vue de l'insertion du fil (F) dans le trou de la bobine (N) sont commandées automatiquement par l'appareillage électronique (27) sur la base des informations reçues de la caméra vidéo (26) relatives à la position de l'extrémité du fil (F) et de la position et de la surface du trou de la bobine (N).

Description

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour le bobinage automatique de bobines to- roldales miniatures, c'est-à-dire autour d'un corps ou support circulaire ou fermé sur lui-même. De telles bobines sont utilisées couramment dans les têtes vidéo, les petits transformateurs, etc.
Les machines à bobiner actuellement existantes qui permettent un bobinage automatique de bobines toroidales ne sont plus utilisables lorsqu'il s'agit de réaliser des bobines dont le diamètre interne est inférieur à 1 mm. Généralement dans la production de telles bobines, pour des têtes vidéo notamment, un bobinage manuel s'impose.
Le présent procédé tend à remédier à cette situation et permet le bobinage automatique de bobines torolda- les miniatures. Ce procédé se distingue par le fait qu'avant de passer le fil dans le trou d'une bobine on observe le trou de la bobine à l'aide d'une caméra vidéo puis à l'aide des informations ainsi recueillies on mémorise la surface et la position de ce trou; qu'on observe ensuite l'extrémité du fil à l'aide de cette caméra vidéo et mémorise la position de cette extrémité; qu'on déplace, en fonction des informations mémorisées, relativement l'un à l'autre la bobine et l'extrémité du fil pour faire coincider la position de l'extrémité du fil avec la position approximative du centre du trou de la bobine; et enfin qu'on pousse l'extrémité du fil en direction du trou de la bobine pour faire passer ce fil à travers ledit trou.
La machine à bobiner pour la mise en oeuvre du procédé décrit se distingue par le fait qu'elle comporte un bâti sur lequel sont montés :

a) une pince porte-bobine déplaçable suivant deux directions orthogonales X, Y et pouvant tourner sur elle-même,
b) une pince dynamométrique serre-fil déplaçable suivant deux directions orthogonales Y, Z,
c) une seconde pince serre-fil déplaçable suivant deux directions orthogonales X, Z,
d) une caméra vidéo disposée de manière à pouvoir observer le trou d'une bobine située dans la pince porte-bobine ainsi que l'extrémité d'un fil maintenu dans la pince dynamométrique serre-fil,
e) un dispositif électronique recevant les informations de la caméra vidéo., calculant et mémorisant la position de l'extrémité du fil ainsi que la position, la dimension et le centre approximatif du trou de la bobine et délivrant des signaux de commande aux dispositifs d'actionnement des pinces pour, entre autre. positionner le trou de la bobine en regard de'l'extrémité du fil et provoquer son passage à travers ce trou.

Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple une forme d'exécution du dispositif automatique de bobinage suivant l'invention ainsi qu'un certain nombre de phases de fonctionnement de celui-ci.

La figure 1 est une vue schématique en perspective du dispositif de bobinage.
La figure 2 illustre en perspective la pince dynamométrique serre-fil.
Les figures 3 à 11 illustrent schématiquement les positions relatives de la pince porte-bobine et des pinces serre-fil dans différentes positions correspondant à différentes phases du procédé de bobinage.
La figure 12 illustre une pince serre-fil.
La figure 13 est un schéma bloc du dispositif électronique du dispositif de bobinage.
La figure 14 illustre un schéma détaillé d'une partie du dispositif électronique illustré à la figure 13.

Pour faciliter la description du procédé selon l'invention le dispositif pour sa mise en oeuvre sera décrit en premier lieu en référence aux dessins.
Le dispositif de bobinage illustré aux figures 1 et 2 comporte un bâti ou platine 1 sur lequel sont montés:

1. Une pince porte-bobine 2 permettant de serrer le corps ou noyau N d'une bobine miniature de telle sorte que son trou 4 soit libre et que ce noyau soit situé approximativement dans un plan horizontal X, Y. Cette pince porte-bobine 2 est portée par l'axe d'un moteur pas à pas 5 fixé rigidement à une première coulisse 6 déplaçable suivant l'axe X par l'intermédiaire d'un moteur pas à pas 7 et d'une liaison cinématique non illustrée. Cette première coulisse est portée par une seconde coulisse 8 déplaçable suivant l'axe Y à l'aide d'un moteur pas à pas 9 et d'une liaison cinématique non illustrée. Cette seconde coulisse 8 est portée par une base de guidage 10 fixée rigidement au bâti 1.
2. Une pince serre-fil 11 (illustrée en détail à la figure 2) portée par un support 12 déplaçable suivant l'axe _Z à l'aide d'un vérin 13. Ce support 12 est lui-même monté coulissant sur un coulisseau 14 déplaçable par rapport au bâti 1 suivant l'axe Y à l'aide d'un vérin 15.
3. Une seconde pince serre-fil dynamométrique 16 portée' par un support 17 déplaçable suivant l'axe Z sous l'action d'une vis 18 entraînée par un moteur pas à pas 19. Ce support 17 coulisse sur un coulisseau 20 déplaçable à l'aide d'un vérin 22 suivant l'axe X sur une glissière 23 fixée au bâti 1.
4. Des lampes 24, 25 éclairant la zone dans laquelle sont disposés le noyau N de la bobine et l'extrémité du fil F à bobiner.
5. Une caméra vidéo 26 dirigée sur la zone où sont disposés le noyau de la bobine et le fil à bobiner; son axe optique étant dirigé selon l'axe Z.
6. Un appareillage électronique 27 (voir schéma figures 12, 13) constitué de composants normalisés fabriqués par la titulaire, sauf en ce qui concerne la carte spécifique "vidéo interface/mémoire" dont le schéma de principe est donné à la figure 13.

Cet appareillage électronique permet à partir des signaux délivrés par la caméra vidéo 26 de réaliser les opérations suivantes :

a. déterminer et mémoriser la position, la dimension et le centre approximatif du trou d'un noyau de bobine lorsque celui-ci est fixé dans le porte-bobine 2.
b. déterminer et mémoriser la position de l'extrémité d'un fil à bobiner maintenu dans la pince dynamométrique serre-fil 11 lorsque celui-ci est en position basse.
c. Calculer les déplacements relatifs nécessaires entre le porte-bobine 2 et la pince dynamométrique serre-fil 11 pour placer l'ouverture de la bobine en regard de l'extrémité du fil.
d. commander les déplacements relatifs du porte-bobine 2 et des pinces 11 et 16 pour assurer le cycle de bobinage par des signaux adéquats délivrés aux différents moteurs de déplacement, vérins d'ouverture et de fermeture des pinces 2, 11 et 16 notamment, et d'une façon générale tous les déplacements ou actionnements d'organes mobiles de la machine.
e. comme on le verra plus loin ce dispositif de bobinage comporte encore un tendeur de fil 24 relié mécaniquement à la pince porte-bobine ainsi qu'un guide-fil 25 dont les déplacements sont également commandés par l'appareillage électronique.

La pince serre-fil dynamométrique 16 illustrée à la figure 2 comporte un mors 28 monté rotatif sur le support 17 et un mors 29 déplaçable en rotation et en translation monté sur l'extrémité d'un axe 30 traversant le support 17 et dont l'autre extrémité est actionnée par un vérin 31 d'ouverture de la pince. Un ressort 32 détermine la pression de fermeture des mors de la pince 16.
Le mors mobile 29 est solidaire en rotation d'une pièce 33 pivotée sur le support 17 et soumis à l'action de rappel d'un ressort 34 maintenant le mors mobile contre une butée 35 avec une force prédéterminée. Cette pièce mobile 33 porte une palette 36 coopérant avec un détecteur de rotation opto-électronique 37 agissant sur la commande des moteurs 19, 22 déplaçant la pince dynamométrique 16, stoppant la pince dès que la tension dans le fil est suffisante pour déplacer angulairement le mors mobile 29. Il est ainsi possible d'éviter toute cassure du fil.
La pince serre-fil 11 est illustrée schématiquement à la figure 12 elle comporte un corps 38 présentant un orifice conique de guidage 39 et un mors fixe de serrage 40. Un mors mobile 40a coopère avec le mors fixe pour pincer un fil et est actionné par un vérin non illustré. Le corps 38 présente un organe de guidage g pour le fil.
La machine comporte encore un tendeur 41 disposé sur la pince serre-bobine 2 et commandé mécaniquement à l'aide d'une bague 42 coulissant sur le support de la pince 2 et d'un levier 43 soumis à l'action d'une came ou d'un vérin (non illustré).
Cette machine comporte enfin un guide fil 44 comportant deux broches parallèles 45, 46, dont l'une porte
deux poils de guidage 47. Ce guide-fil 44 est déplaçable suivant l'axe Y et en rotation. Ses mouvements sont commandés par l'appareillage électronique par l'intermédiaire de vérins ou moteurs non illustrés.
Le fonctionnement de cette machine sera maintenant décrit, certaines phases de ce fonctionnement étant illustrées aux figures 3 à 11 pour en faciliter la compréhension.

1. Un noyau de bobine N est placé dans la pince serre-bobine 2 et un fil F est passé au travers du trou de ce noyau, soit manuellement soit automatiquement comme on le verra plus loin, puis pincé dans la pince dynamométrique serre-fil 11.
2. La pince dynamométrique 16 est alors déplacée verticalement vers le haut d'une valeur correspondant approximativement à la longueur de fil nécessaire pour la réalisation de la bobine envisagée. Le fil F est coupé puis son extrémité libre est fixée sur le noyau N. (Figure 3).
3. Le tendeur 41 est positionné à proximité immédiate du noyau N et la pince 11 est avancée pour guider le fil F par son organe de guidage g (Figure 4).
4. La pince serre-bobine 2, avec le tendeur 41, sont en- trainés en rotation pour un tour ce qui provoque le passage du fil F autour de l'extrémité du tendeur 41 qui comporte une gorge recevant le fil (figure 5).
5. Le tendeur 41 est libéré par un déplacement du levier 43 et de la bague 42 et la pince serre-bobine 2 est déplacée latéralement suivant l'axe Y pour permettre le déplacement suivant l'axe Z vers le bas de la pince dynamométrique 16 (figure 6).
6. La pince dynamométrique 16 est déplacée vers le bas jusqu'au dessous de la pince serre-bobine 2 tout en restant dans l'axe optique de la machine. Le tendeur 41 maintient le fil F en lui appliquant une tension de l'ordre de 3 grammes (figure 7).
7. La lampe 24 est allumée et l'extrémité libre brillante du fil F maintenue par la pince 16 est observée par la caméra vidéo 26 et la position de cette extrémité du fil est mémorisée après une opération de traitement de l'image délivrée par la caméra 26. La lampe 24 est ensuite éteinte.
8. La pince dynamométrique 16 est retirée suivant l'axe X tandis que la pince serre-bobine est amenée dans une position pour laquelle le trou du noyau N soit approximativement dans l'axe optique de la machine.
9. La lampe 25 est allumée et le trou du noyau N est illuminé. La caméra vidéo 26 observe ce trou; sa position ainsi que sa forme sont mémorisées après une opération de traitement de l'image délivrée par la caméra vidéo 26. La lampe 25 est éteinte. La position approximative du centre du trou du noyau est calculée.
10..La pince serre-bobine est positionnée, en fonction des informations mémorisées précédemment, de telle sorte que le centre du trou du noyau N soit placé sur la position occupée précédemment par l'extrémité du fil F, lors de sa visée.
11. La pince dynamométrique 16 revient dans la position qu'elle occupait lorsque la position du fil F avait été mémorisée (opération 7).
12. La pince dynamométrique 16 est déplacée vers le haut provoquant le passage de l'extrémité libre du fil F dans le trou du noyau N.
13. La pince serre-bobine 2 est déplacée de façon à recentrer le trou du noyau sur l'axe optique Z de la machine. Simultanément la pince serre-fil 11 est placée en-dessus de la pince serre-bobine 2, le cône de guidage 39 étant centré sur l'axe optique de la machine.
14. La pince dynamométrique est déplacée verticalement vers le haut pour faire pénétrer l'extrémité du fil F dans le cône de guidage 38 de la pince 11 puis entre ses mors 40, 41 ouverts.
15. La pince serre-fil 11 est fermée maintenant sur l'extrémité du fil ayant passé dans le trou du noyau entre ses mors 40 et 41.
16. La pince dynamométrique 16 est ouverte puis retirée latéralement.
17. La pince 11 est déplacée verticalement vers le haut sur une courte distance et le guide fil 44 est mis en place par un déplacement suivant l'axe Y (figure 8).
18. La pince dynamométrique 16 est déplacée vers le haut puis recentrée sur l'axe optique en étant ouverte. Cette pince 16 est alors fermée et elle pince à nouveau le fil F entre les pinces serre-fil 11 et serre-bobine 2. La pince serre-fil 11 est alors ouverte et le guide fi1 44 est tourné de 120° environ plaçant ainsi l'un des poils 47 entre les deux brins du fil F s'étendant entre la pince serre-bobine 2 et le tendeur 41 (figure 9).
19. La pince dynamométrique 16 descend de quelques millimètres pour dégager l'extrémité du fil F de la pince 11, puis cette pince 11 est rétractée latéralement.
20. La pince dynamométrique est alors déplacée vers le haut entraînant le fil F au travers du trou du noyau N de la bobine. Au cours de ce mouvement le tendeur monte - vers la pince serre-bobine 2 jusqu'au moment où le fil échappe au tendeur 41 qui retombe alors en position basse. La boucle de fil se resserre tout en étant guidée par le poil 47 du guide fil 44 pour finalement échapper à celui-ci. Dès que la tension prédéterminée désirée est atteinte dans le fil F le mouvement de la pince dynamométrique 16 est arrêté par le détecteur opto-électronique 37. (figure 10).
21. Le guide-fil 44 est rétracté et l'on se retrouve dans la position illustrée à la figure 3 sauf qu'une spire de la bobine a été bobinée.
Le bobinage automatique de la bobine peut être continué en répétant les opérations 3 à 21 ci-dessus jusqu'à ce que le nombre de spires désiré soit atteint. Lorsque cela est le cas le fil F est coupé et le noyau N bobiné est enlevé de la pince serre-bobine 2, et on se retrouve dans les conditions de départ pour le bobinage d'un nouveau noyau N.

A l'aide de cette machine on peut donc réaliser de façon entièrement automatique le bobinage de bobines miniatures particulièrement celles destinées à équiper des têtes vidéo. La forme de ces bobines peut être toroi- dale mais également carrée, allongée, etc.
Le traitement de l'image vidéo par l'appareillage électronique illustré schématiquement aux figures 13 et 14 comprend la conversion de l'image vidéo en signaux binaires "O" ou "1" suivant un seuil prédéterminé puis le stockage dans une mémoire. On peut prévoir deux moniteurs de télévision TV1, TV2 l'un affichant directement la sortie de la caméra tandis que l'autre affiche l'image mémorisée. Un microprocesseur traite l'information binaire ainsi obtenue et commande la section mécanique de la machine, soit les divers moteurs et vérins.
L'appareillage électronique fait usage d'une technologie conventionnelle et comporte une carte spécifique "video interface/memory" VIM dont le schéma détaillé est illustré à la figure 14, ainsi que des cartes standard NC2 "numerical control 2", HMI "hercule memory interface"; CPU "central processor unit" SBC 80/24; HBC "hercule con- necting board"; ainsi que des modules de commande de sortie PCN8 et PCN16 et des commandes de moteurs pas à pas SMD 5/2.
La carte spécifique VIM est reliée au bus de donnée _BD à l'entrée et la sortie vido Vin, Vout ; aux bus d'adresse BA1 et BA2.
Cette carte comporte un générateur synchro G alimenté par une pile Q alimentant un compteur de trame CT et un compteur de lignes CL reliés tous deux à un multiplexeur d'adresse MA. Elle comporte encore une mémoire à accès aléatoire RAM reliée au multiplexeur MA et à une interface Dl, ainsi qu'à un registre à décalage SR et un convertisseur digital/analogique CDA. Le registre à décalage est alimenté au travers d'un adapteur A et d'un ampli de commande d'amplitude AA et est relié à la sortie vidéo Vout.
Le bus d'adresse BA1 est relié à une carte de commande de fonction CFC reliée à un décodeur d'adresse DA relié au bus d'adresse BA2.
Le traitement de l'image s'effectue en déterminant deux droites orthogonales divisant la surface du trou du noyau de la bobine en quatre parts approximativement égales et l'intersection de ces lignes est retenue comme le point où le fil doit être enfilé. Puis on procède de façon analogue avec l'extrémité du fil et l'intersection des deux axes est considérée comme le centre de l'extrémité du fil. Ensuite la différence de position entre les deux intersections est calculée et la pince serre-bobine est déplacée jusqu'à ce que ces deux intersections coincident.
Avec chaque spire supplémentaire il est évident que le trou du noyau N devient plus petit et change de forme. Mais pour chaque spire on réitère les opérations de lecture du trou et du fil et on recalcule la position optimale d'insertion du fil dans le trou et de ce fait on obtient une grande fiabilité de la machine.
Ainsi qu'on l'a vu en décrivant le fonctionnement de la machine à bobiner le procédé de bobinage automatique consisteà.positionner automatiquement l'extrémité d'un fil par rapport au trou d'une bobine avant le bobinage de chaque spire à l'aide d'informations obtenues par un capteur vidéo.
Seul ce procédé qui permet le repositionnement relatif du trou partiellement bobiné et de l'extrémité du fil avant chaque passage du fil permet une automatisation du bobinage des bobines miniatures, la forme et la grandeur du trou variant entre chaque insertion. Grâce à ce procédé il est possible de réaliser des bobines dont le trou présente des dimensions de l'ordre de 0,3 x 0,35 mm ou inférieures et le fil un diamètre de l'ordre de 0,055 mm ou inférieur.
Le principal avantage de cette invention réside dans la possibilité de bobiner automatiquement de très petites bobines ce qui n'était pas le cas jusqu'ici. Ceci entraîne l'élimination d'opérations manuelles délicates, permettant la production en grande série à des coûts inférieurs.
De nombreuses variantes de ce procédé sont envisageables. Par exemple lorsque le fil F est suffisamment rigide pour que sa partie émergeant au-dessus de la pince serre-fil 16 ne soit pas déformée ou déviée par son passage au travers du trou du noyau N, et que d'autre part la position initiale de cette pince serre-fil 16 est déterminée avec suffisamment de précision, il est possible de mettre en oeuvre le procédé sans observer l'extrémité du fil. Dans ce cas, l'observation du trou permet d'en déterminer le centre approximatif et la pince serre-bobine 2 est déplacée pour que ce centre approximatif soit aligné sur la position de la pince serre-fil 16 connue et déterminée purement mécaniquement.
Dans d'autres réalisations, l'observation du trou du noyau N peut se faire par d'autres moyens que ceux d'une caméra vidéo, par exemple par le balayage d'un rayon laser, ou tout autre moyen permettant de donner une information sur la forme et la position de ce trou.
Dans les cas où le trou est suffisamment grand et bien défini, il est possible avec une seule observation de celui-ci avant le début du bobinage de le placer relativement à la pince serre-fil 16 et donc au fil F avec suffisamment de précision pour que cette position soit maintenue la même pendant tout ou partie du bobinage subséquent.
Enfin, dans le cas où les informations obtenues par l'observation du trou se réfèrent à une origine ou face de référence du noyau ou de son support qui lui est solidaire, il est possible de réaliser cette observation du trou du noyau sur une machine distincte de la bobineuse. Pour chaque noyau placé sur la bobineuse, on commande le déplacement relatif de la pince serre-bobine en fonction des informations obtenues préalablement par l'observation du trou.

Claims

1. Procédé de bobinage automatique d'une bobine miniature, caractérisé par le fait qu'on observe le trou de la bobine pour en déterminer le centre approximatif; puis qu'avant la première insertion du fil dans ce trou on positionne automatiquement ce trou pour que son centre approximatif soit sensiblement aligné sur le fil.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'avant chaque passage du fil dans le trou d'une bobine on observe le trou de la bobine à l'aide d'un détecteur d'images puis à l'aide des informations ainsi recueillies on mémorise la surface et la position de ce trou; on observe ensuite l'extrémité du fil à l'aide de ce détecteur d'images et mémorise la position de cette extrémité; qu'on déplace ensuite, en fonction des informations mémorisées, relativement l'une à l'autre la bobine et l'extrémité du fil pour faire coincider l'extrémité du fil avec la position approximative du centre du trou de la bobine; et enfin qu'on pousse l'extrémité du fil en direction du trou de la bobine pour faire passer ce fil à travers ledit trou.

3. Machine à bobiner pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte une pince porte-bobine et au moins une pince porte-fil; un détecteur d'images et un appareillage électronique et par le fait que la position relative des pinces serre-bobine et serre-fil en vue de l'insertion du fil dans le trou de la bobine sont commandées automatiquement par l'appareillage électronique sur la base des informations reçues du détecteur d'images relatives à la position de l'extrémité du fil et de la position et de la surface du trou de la bobine.

4. Machine selon la revendication 3, caractérisée par le fait qu'elle comporte un bâti sur lequel sont montés:

a) une pince porte-bobine déplaçable suivant deux directions orthogonales X, Y et pouvant tourner sur elle-même,

b) une pince dynamométrique serre-fil déplaçable suivant deux directions orthogonales Y, Z,

c) une seconde pince serre-fil déplaçable suivant deux directions orthogonales X, Z,

d) un détecteur d'images disposé de manière à pouvoir observer le trou d'une bobine située dans la pince porte-bobine ainsi que l'extrémité d'un fil maintenu dans la pince dynamométrique serre-fil,

e) un dispositif électronique recevant les informations du détecteur d'images, calculant et mémorisant la position de l'extrémité du fil ainsi que la position, la dimension et le centre approximatif du trou de la bobine et délivrant des signaux de commande aux dispositifs d'actionnement des pinces pour, entre autre, positionner l'extrémité d'un fil en regard du trou de la bobine et provoquer son passage à travers ce trou.

5. Machine selon la revendication 4, caractérisée par le fait que la pince dynamométrique comporte un détecteur opto-électronique provoquant l'arrêt du déplacement de la pince lorsque la tension dans le fil atteint une valeur préétablie.

6. Machine selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle comporte encore un tendeur de fil monté oscillant à proximité de la pince serre-bobine.

7. Machine selon l'une des revendications 4, 5 ou 6, caractérisée par le fait que la seconde pince serre-fil comporte un organe guide-fil.

8. Machine selon l'une des revendications 4, 5, 6 ou 7, caractérisée par le fait que la seconde pince serre-fil comporte un cône de guidage du fil dont l'extrémité étroite débouche au voisinage immédiat d'un mors fixe, et un mors mobile adapté à pincer le fil contre le mors fixe.

9. Machine selon l'une des revendications 4 ou 8, caractérisée par le fait qu'elle comporte encore un guide-fil déplaçable suivant la direction Y ainsi qu'en rotation sur lui-même, muni de deux broches parallèles dont l'une porte au moins un poil s'étendant approximativement perpendiculairement à cette broche.

lO. Machine selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisée par le fait que la pince dynamométrique comporte un mors fixe et un mors mobile, déplaçable liné- airement de et vers le mors fixe pour ouvrir ou fermer la pince et également déplaçable en rotation autour d'un axe parallèle à sa direction de déplacement linéaire.

11. Machine selon les revendications 5 et 10, caractérisée par le fait que le mors mobile est solidaire en rotation de l'organe mobile du détecteur opto-électronique.

12. Machine selon la revendication 11, caractérisée par le fait qu'une action élastique détermine le couple nécessaire à la rotation du mors mobile et qu'un dispositif de réglage permet de modifier la force de cette action élastique.