EP0255433A1 - Machine pneumatique portative avec électronique de commande incorporée - Google Patents
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- EP0255433A1 EP0255433A1 EP87401739A EP87401739A EP0255433A1 EP 0255433 A1 EP0255433 A1 EP 0255433A1 EP 87401739 A EP87401739 A EP 87401739A EP 87401739 A EP87401739 A EP 87401739A EP 0255433 A1 EP0255433 A1 EP 0255433A1
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- B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
- B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
- B25B23/145—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for fluid operated wrenches or screwdrivers
- B25B23/1456—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for fluid operated wrenches or screwdrivers having electrical components
Definitions
- the present invention relates to portable pneumatic machines of the type comprising a body provided with a compressed air supply duct, pneumatic rotary motor means (turbine or vane motor for example) placed in the body, actuated by the flow of compressed air intended to rotate a tool, a device for regulating or cutting off the air flow supplying the machine and an electric generator comprising a rotor and a stator installed in the body.
- the rotor is capable of being mechanically driven in rotation by the motor means and allows the creation of electrical energy from the pneumatic driving energy of the tool.
- the invention finds a particularly important, although not exclusive, application in the particular case of screwdrivers, drills, tappers, and portable pneumatic grinders.
- the document FR-A-2 523 891 concerning a rotary penumatic machine with incorporated lighting shows a machine comprising a rotary member driven in rotation by a mechanism enclosed in a casing and driven by compressed air.
- the casing provided for this purpose with means of connection to a source of compressed air, comprises an electric generator with rotor and stator, the rotor of which is driven by the compressed air supplying the mechanism of the machine.
- This rotor is enclosed in a housing which can be secured to the casing.
- the generator supplies lighting means carried by the housing and which allow the machine to work in places of difficult access, where the use of a portable lamp is impossible.
- This machine is, however, of only limited interest.
- the present invention aims to provide a portable pneumatic machine which responds better than those previously known to the requirements of practice, in particular in that it allows: - A command and control of the parameters of the operation of the machine which do not require it to be supplied with energy other than that supplied by the compressed engine air; This avoids the clutter of additional wires which are more likely to cut with the possible security problems that this may pose; - A command and control of the machine, inexpensive, not significantly increasing the size of the latter, which thus remains very manageable; - The realization of a large number of functions hitherto little exploited by manufacturers due to the difficulties encountered in their implementation. Integrated mechanical systems, such as torque limiters, pressure and speed regulators, are indeed complex and have limited performance and possibilities.
- the portable pneumatic machine according to the invention will in particular allow measurement and regulation of the speed of rotation of the tool, tightening by the tool to a predetermined torque and angle and many other functions as described below. , without the need for an external electrical cabinet of bulk and high cost.
- the invention notably proposes a portable pneumatic machine of the type defined above, characterized in that it further comprises: an electronic circuit for controlling and controlling the operation of the pneumatic machine incorporated into the body of said machine and supplied with current delivered by the electric generator, - And in that said generator is arranged to also deliver signals representative of at least an operating parameter of the machine usable and used by said circuit.
- An advantageous embodiment of the machine comprises an electric generator which supplies a signal representative of the speed of rotation of the motor means.
- the electronic command and control circuit of the machine has means for selecting a set value for this speed and means for maintaining said speed at this set value.
- Another advantageous device presents a pneumatic machine, the electric generator of which delivers a signal representative of the angular position of the rotary motor means and of the tool.
- the electronic command and control circuit of the machine comprises means for selecting a set value for the angular position and means for stopping the motor means when the tool reaches this value.
- Another pneumatic machine is characterized in that the air cut-off device supplying the machine is integrated into the body of said machine and comprises means capable of transmitting a signal representative of the torque exerted by the rotary motor means to the circuit. electronic command and control.
- the electronic circuit comprises means for selecting a set value at a maximum torque of the output shaft of the machine. When the torque has reached the setpoint, the air is cut off.
- the electronic circuit further comprises means suitable for measuring the increase in torque during tightening as a function of time or of the angular position of the driving means, means suitable for comparing (as a function of the foreseeable shape of the anticipated curve from the slope of the increase in torque that we have just measured) the value of the torque at a reference instant t o with the set value and deduce the remaining tightening time t or the angle ⁇ to turn remaining, in order to precisely stop the machine at its set value, and means for activating a timer or a tachometer from this instant t o suitable for stopping said machine when said tightening time t or said angle ⁇ to be turned has elapsed.
- elastic means are provided connected between the rotary motor means and the spindle on which the tool is fixed. These means make it possible to increase the torque rise time and thus improve the tightening precision. They have a reducing role which is diminishing. They are for example constituted by a spring operating in torsion or in compression, or are constituted by an elastic material, plastic or others. These elastic means are known per se.
- the means capable of transmitting a signal representative of the torque exerted by the rotary motor means comprise a deformable part capable of immobilizing the motor means in rotation and supporting at least one sensor.
- the latter may be of the strain gauge type, or of the piezoelectric pressure sensor type or the like.
- FIG. 1 shows a hand-held screwdriver with incorporated controls of the output torque of the machine and of the tightening angle of the tool adaptable to the spindle of the screwdriver produced according to the invention.
- It comprises a body 1 which may be made of hard plastic or metal or any other suitable material.
- a compressed air supply duct 2 makes it possible to supply the machine and to drive a vane motor 3 in rotation.
- This vane motor 3 drives via a reduction gear 4 and a return of angle 5, the tool (not shown).
- the reducer is, for example, of the epicyclic type.
- the geared motor assembly 3, 4 is mounted to rotate freely in the body 1 held manually by an operator.
- An electric generator 6 comprising a rotor 7 and a stator 8 is made integral with the axis 9 of the vane motor 3 suitable for mechanically rotating the rotor 7.
- An air cut-off device 10 comprises a closing valve 11, an electromagnet 12 capable of being actuated by an electronic circuit 13 for controlling and controlling the operation of the pneumatic machine.
- the circuit 13 is incorporated into the body 1 and supplied with current delivered by the generator electric 6.
- the latter is arranged to deliver signals representative of at least one operating parameter usable by the circuit 13.
- a manual control 12a (represented in the form of a push button in FIG. 1) makes it possible to open a valve supply of compressed air 61, placed before the valve 11, on the air inlet 2. This control can also, for example, be in the form of a lever 42 (see FIG. 2).
- valve 11 is closed in the rest position and the manual control 12a will ensure its opening without additional supply valve 61.
- FIG. 3 shows a block diagram for command and control of an electronic circuit 13 according to the invention, supplied by the incorporated electric generator.
- the elements of the basic electronic circuit, used by a pneumatic machine according to the invention have been shown by blocks in solid lines, in solid double lines the elements external to the circuit, and in dotted lines the additional control and command elements of the electronic circuit. suitable for a specific use.
- the blocks are connected together by solid or dotted lines schematically showing the main electrical connections.
- This schematic graphic representation in no way presumes the number of conductors necessary to convey the power or the electrical information necessary for the operation of the device.
- other liaisoins are quite possible, allowing for example to bypass certain elements such as the storage battery. These variants are easy to design and will not be developed further.
- the electric generator 20 supplies a voltage rectifier 23 and also directly delivers signals representative of the operating parameters of the machine via a voltage digitizer 21 and a pulse counter 22.
- the voltage rectifier 23 is connected to a battery 24 of accumulators integrated into the body 1 of the machine, placed for example near the duct 2 for supplying compressed air to the machine (see fig. 1).
- the battery 24 makes it possible, by means of stabilized supply means 25, to supply electricity to force sensors 26. These can be strain gauges, or even pressure sensors of the piezo type. electric or other. These sensors are fixed on a deformable support part 15, suitable for immobilizing the vane motor 3 and its associated reduction gear 4 in rotation. They are connected to the electronic circuit for controlling and controlling the operation of the machine and are capable of supplying a signal representative of the torque exerted by the turbine 3 on the deformable part via a voltage amplifier 27.
- This voltage amplifier 27 supplies means 28 for displaying the torque.
- a computer 29 or a threshold detector 30 the amplifier 27 attacks the electromagnet 13 making it possible to open or close the valve 11.
- means 60 for memorizing the operating parameters are connected to the electronic circuit, for example to the digitizer 21, to the voltage amplifier 27 and / or to the computer 29. These means, carried by the machine body can be included in a housing which can be detached from the body.
- Figure 2 shows an electronic speed regulation grinder according to the invention. It comprises a body 40, a compressed air supply connection 41 which can for example be of the quick coupling type and a manual control 42 shown in the figure in the form of a lever, but which can be a button, or any other known means.
- a solenoid valve 43 provided with a needle screw 44 controlled by a micro-motor 51 supplied by the electric generator, makes it possible to control the flow of compressed air supply to the vane motor 45 which causes the rotation of the spindle 46 on which comes to fix the tool (not shown).
- this solenoid valve 43 is controlled by means of the electronic circuit 47 of the type comprising at least part of the elements of FIG. 3.
- the information on the rotation of the spindle 46 is given to the electronics from the output of the electric generator 20.
- the voltage digitizer 21 makes it possible to supply a signal representative of the speed of rotation of the spindle during operation to means for displaying the speed 33.
- a clock 34, powered or not by the generator, and the pulse counter 22 connected to the output of the generator 20 are connected to means 35 for maintaining a speed regulation setpoint selected by means 35a and are capable of acting on the valve 43 to modulate the air supply.
- the speed of the machine can then be modified in a determined direction, after comparison of the speed measured with a reference speed given in reference to the electronics by the selection means 35a.
- the pulse counter 22 also makes it possible to deliver signals representative of the angles of rotation of the output pin. Via the computer 29 it attacks the electromagnet 13. This computer 29 is connected to means for selecting a set value 29a of the desired angle of rotation and can be connected to display means 29b from this angle. Thus, the machine is stopped when the measured angle of rotation becomes equal to a value given by the reference means 29a.
- the electronic circuit 13 may include measuring means 70, 71 suitable for measuring the increase in the value of the torque. while the tightening either as a function of time, then for example provided by the clock 34 (connection not shown in FIG. 3), or as a function of the angular position of the rotary motor means given by the pulse counter 22 (connection not shown in Figure 3).
- the circuit 13 also includes calculating means 72 connected to the means for selecting a set value 31 and to the measuring means 70, 71, said means being suitable for calculating as a function of the past shape of the increase curve of the couples the foreseeable form of this increase and deduce therefrom from a reference time t o or from a reference angle ⁇ o the tightening time t or the tightening angle ⁇ to turn remaining necessary to reach the setpoint (torque or tightening angle).
- calculating means 72 connected to the means for selecting a set value 31 and to the measuring means 70, 71, said means being suitable for calculating as a function of the past shape of the increase curve of the couples the foreseeable form of this increase and deduce therefrom from a reference time t o or from a reference angle ⁇ o the tightening time t or the tightening angle ⁇ to turn remaining necessary to reach the setpoint (torque or tightening angle).
- Such means for measuring and calculating are known per se and those skilled in the art will choose from the
- elastic means 5a can be added, for example inside the body of the machine near the bevel gear 5 as shown diagrammatically in FIG. 1.
- Such elastic means allow a differential rotation between the part 9a of the shaft 9 rigidly connected to the rotary motor means and the part 9b rigidly connected to the tool via the pin 16.
- These elastic means allow a reduction with damping which results in increasing the torque build-up time and therefore improving the tightening pressure.
- control and command circuit of a pneumatic machine can advantageously be added to this control and command circuit of a pneumatic machine according to the invention.
- a system 50 allowing the programming of the tightening duration in the case where the machine is a screwdriver. It is also possible, by means of a speed change device 52, to modify the operating parameters of the machine for example to have a different working speed.
- Compressed air is connected to the machine by adapting a connection to the compressed air supply pipe 2.
- the tool is then stopped.
- the compressed air supplies the rotary motor means 3, 45 driving the reducer 4 which makes turn the spindle 16, 46 on which the tool is fitted.
- the rotary means 3 drive the current generator 6, which after having been transformed, is stored, for example, in the battery 24 which is used for the general supply of the control-command circuit.
- the operator In the case of the operation of a grinder-type machine, the operator displays the speed at which he wants to carry out his grinding operation by means 35a of selecting a set value.
- the surface condition of the workpiece, the manual pressure exerted by the operator, and the condition of the tool will vary.
- the speed of rotation which is a function of these parameters, will therefore also vary and will then make it possible to regulate the air intake by acting through the regulating means 35 on the needle valve 44 as previously described, by action on the micro- motor 51.
- the invention is in no way limited to those of these modes of application and embodiments which have been more especially envisaged; it includes, for example, means which will allow, in particular in the case of screwdrivers: - the screwing of self-drilling or self-tapping screws, in parts requiring a torque greater than the tightening torque, - tightening approach at high speed and locking the screw or nut at low speed, but at higher torque, - a paint marking of tight screws or nuts, - programmable tightening times, - automatic gear changes.
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Abstract
Description
- La présente invention concerne des machines pneumatiques portatives du type comportant un corps muni d'un conduit d'amenée d'air comprimé, des moyens moteurs rotatifs pneumatiques (turbine ou moteur à palette par exemple) placés dans le corps, actionnés par le flux d'air comprimé et destinés à entraîner en rotation un outil, un dispositif de régulation ou de coupure du flux d'air alimentant la machine et un générateur électrique comprenant un rotor et un stator installés dans le corps. Le rotor est apte à être entraîné mécaniquement en rotation par les moyens moteurs et permet la création d'énergie électrique à partir de l'énergie pneumatique motrice de l'outil.
- L'invention trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans le cas particulier des visseuses, perceuses, taraudeuses, et meuleuses pneumatiques portatives.
- On connait déjà des machines pneumatiques du type ci-dessus défini. Le document FR-A-2 523 891 concernant une machine penumatique rotative à éclairage incorporé, montre une machine comportant un organe rotatif entraîné en rotation par un mécanisme enfermé dans un carter et mû par de l'air comprimé. Le carter, muni à cet effet de moyens de connexion à une source d'air comprimé, comporte un générateur électrique à rotor et stator, dont le rotor est entraîné par l'air comprimé alimentant le mécanisme de la machine. Ce rotor est enfermé dans un boîtier solidarisable du carter. Le générateur alimente des moyens d'éclairage portés par le boîtier et qui permettent à la machine de travailler dans des endroits d'accès difficile, où l'emploi d'une lampe baladeuse est impossible. Cette machine ne présente néanmoins qu'un intérêt limité.
- La présente invention vise à fournir une machine pneumatique portative répondant mieux que celles antérieurement connues aux exigences de la pratique, notamment en ce qu' elle permet:
- Une commande et un contrôle des paramètres du fonctionnement de la machine qui ne nécessitent pas d'alimenter celle-ci par une énergie autre que celle fournie par l'air comprimé moteur ; On évite ainsi l'encombrement de fils supplémentaires qui risquent de plus de se sectionner avec les éventuels problèmes de sécurité que cela peut poser ;
- Une commande et un contrôle de la machine, peu coûteux, n'augmentant pas sensiblement l'encombrement de cette dernière, qui reste ainsi très maniable ;
- La réalisation d'un grand nombre de fonctions jusqu'àlors peu exploitées par les constructeurs du fait des difficultés rencontrées dans leur mise en oeuvre. Les systèmes intégrés mécaniques, tels que limiteurs de couple, régulateur de pression et de vitesse, sont en effet complexes et ont des performances et des possibilités limitées. La machine pneumatique portative selon l'invention va notamment permettre une mesure et une régulation de la vitesse de rotation de l'outil, le serrage par l'outil à un couple et un angle prédéterminé et de nombreuses autres fonctions comme il sers décrit plus loin, sans nécessiter d'armoire électrique extérieure d'encombrement et de coût élevé. - Dans ce but l'invention propose notamment une machine pneumatique portative du type ci-dessus défini, caractérisée en ce qu'elle comporte de plus:
- un circuit électronique de commande et de contrôle du fonctionnement de la machine pneumatique incorporé au corps de ladite machine et alimenté en courant délivré par le générateur électrique,
- et en ce que ledit générateur est agencé pour délivrer également des signaux représentatifs d'au moins un paramètre de fonctionnement de la machine utilisable et utilisé par ledit circuit. - Un mode de réalisation avantageux de la machine comporte un générateur électrique qui fournit un signal représentatif de la vitesse de rotation des moyens moteurs. Le circuit électronique de commande et de contrôle de la machine a des moyens de sélection d'une valeur de consigne de cettre vitesse et des moyens de maintien de ladite vitesse à cette valeur de consigne. Une application de ce mode de réalisation particulièrement interessante peut être faite aux meuleuses, ponçeuses et autres machines dont la vitesse de rotation est fonction de la pression exercée par l'opérateur sur le support à usiner.
- Un autre dispositif avantageux présente une machine pneumatique dont le générateur électrique délivre un signal représentatif de la position angulaire des moyens moteurs rotatifs et de l'outil. Le circuit électronique de commande et de contrôle de la machine comprend des moyens de sélection d'une valeur de consigne de la position angulaire et des moyens d'arrêt des moyens moteurs lorsque l'outil atteint cette valeur. Cette disposition permet le vissage d'une vis sur un support d'élasticité variable. Une approche approximative permet de mettre en contact le support et la vis, cette dernière étant ensuite tournée d'un angle prédéterminé.
- Une autre machine pneumatique selon l'invention est caractérisée en ce que le dispositif de coupure d'air alimentant la machine est intégré au corps de ladite machine et comprend des moyens aptes à transmettre un signal représentatif du couple exercé par les moyens moteurs rotatifs au circuit électronique de commande et de contrôle. Le circuit électronique comprend des moyens de sélection d'une valeur de consigne à un couple maximum de l'arbre de sortie de la machine. Lorsque le couple a atteint la valeur de consigne, l'air est coupé.
- Avantageusement, le circuit électronique comprend de plus des moyens propres à mesurer l'accroissement du couple pendant le serrage en fonction du temps ou de la position angulaire des moyens moteurs, des moyens propres à comparer (en fonction de la forme prévisible de la courbe anticipée à partir de la pente de l'accroissement du couple que l'on vient de mesurer) la valeur du couple à un instant de référence to avec la valeur de consigne et en déduire le temps de serrage t restant ou l'angle α à tourner restant, afin d'arrêter précisément la machine à sa valeur de consigne, et des moyens d'activation d'une temporisation ou d'un compte-tours à partir de cet instant to propre à arrêter ladite machine lorsque ledit temps de serrage t ou ledit angle α à tourner est écoulé.
- De telles dispositions permettent d'arrêter la machine avec une très grande précision. En effet, si la coupure d'air comprimé ne se fait qu'au moment où la valeur de consigne est atteinte, il existe ou peut exister un léger temps de latence avant l'arrêt définitif. Ceci entraîne le dépassement de la valeur de consigne.
- Avec des moyens permettant de déterminer les caractéristiques de la courbe de montée en couple en fonction du temps ou de l'angle donné par la génératrice et des moyens permettant d'en tenir compte pour arrêter la machine, on peut couper l'air avant d'atteindre la valeur de consigne et s'arrêter précisément sur cette dernière.
- Dans un autre mode de réalisation avantageux, on prévoit des moyens élastiques connectés entre les moyens moteurs rotatifs et la broche sur laquelle on vient fixer l'outil. Ces moyens permettent d'augmenter le temps de montée en couple et améliorent ainsi la précision de serrage. Ils ont un rôle démultiplicateur qui va en s'atténuant. Ils sont par exemple constitués par un ressort fonctionnant en torsion ou en compression, ou sont constitués par une matière élastique, en plastique ou autres. Ces moyens élastiques sont connus en soit.
- Dans un mode de réalisation avantageux, les moyens aptes à transmettre un signal représentatif du couple exercé par les moyens moteurs rotatifs comprennent une pièce déformable propre à immobiliser en rotation les moyens moteurs et supportant au moins un capteur. Ce dernier peut être du type jauge de contrainte, ou encore du type capteur de pression piezo-électrique ou autre.
- On peut, par ailleurs, avoir recours à l'une des dispositions suivantes :
- des moyens de stockage de l'énergie électrique délivré par le générateur, telle qu'une batterie d'accumulateurs, du type cadmium nickel par exemple, sont intégrés au corps de la machine ;
- au moins un écran d'affichage permettant de visualiser les paramètres de fonctionnement et/ou de consigne de ladite machine est fixé sur le corps ;
- le circuit électronique de contrôle et de commande est programmable.
- des moyens de mémorisation des paramètres de fonctionnement de la machine sont connectés au circuit électronique de contrôle commande. Ils sont portés par le corps de la machine et peuvent être désolidarisables du corps, ce qui permet d'exploiter les résultats sans immobiliser pour autant la machine. - L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif. La description, ainsi que celle d'une variante préférée, se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels :
- - La figure 1 est une vue en perspective partiellement en coupe, d'une machine selon l'invention, servant au vissage et permettant un contrôle du couple de serrage et de la position angulaire de l'outil ;
- - La figure 1a est une vue schématique, partielle et en coupe de la tête d'une machine de vissage de la figure 1.
- - La figure 2 est une vue en perspective, partiellement en coupe, d'une variante préférée de l'invention permettant par exemple le meulage avec régulation de la vitesse ;
- - La figure 3 est un bloc diagramme du circuit de contrôle et de commande de la machine pneumatique portative selon l'invention.
- La figure 1 montre une visseuse à main avec contrôles incorporés du couple de sortie de la machine et de l'angle de serrage de l'outil adaptable à la broche de la visseuse réalisée selon l'invention. Elle comporte un corps 1 qui peut être en plastique dur ou métal ou tout autre matériau adéquat. Un conduit 2 d'amenée d'air comprimé permet d'alimenter la machine et d'entraîner en rotation une moteur à palette 3. Ce moteur à palette 3 entraîne par l'intermédiaire d'un réducteur 4 et d'un renvoi d'angle 5, l'outil (non représenté). Le réducteur est, par exemple, du type épicycloïdal.
- L'ensemble moto-réducteur 3, 4, est monté libre en rotation dans le corps 1 tenu manuellement par un opérateur. Un générateur électrique 6 comprenant un rotor 7 et un stator 8 est rendu solidaire de l'axe 9 du moteur à palette 3 propre à entraîner mécaniquement en rotation le rotor 7. Un dispositif de coupure d'air 10 comprend un clapet de fermeture 11, un électro-aimant 12 apte à être actionné par un circuit électronique 13 de commande et de contrôle du fonctionnement de la machine pneumatique. Le circuit 13 est incorporé au corps 1 et alimenté en courant délivré par le générateur électrique 6. Ce dernier est agencé pour délivrer des signaux représentatifs d'au moins un paramètre de fonctionnement utilisable par le circuit 13. Une commande manuelle 12a (représentée sous forme d'un bouton poussoir dans la figure 1) permet d'ouvrir une vanne d'alimentation 61 en air comprimé, placée avant le clapet 11, sur l'arrivée d'air 2. Cette commande peut également et par exemple, se présenter sous forme d'un levier 42 (voir figure 2).
- Dans une variante, le clapet 11 est fermé en position de repos et la commande manuelle 12a assurera son ouverture sans vanne d'alimentation 61 supplémentaire.
- La figure 3 montre un bloc diagramme de commande et de contrôle d'un circuit électronique 13 selon l'invention, alimenté par le générateur électrique incorporé. On a fait figurer par des blocs en trait plein les éléments du circuit électronique de base, utilisés par une machine pneumatique selon l'invention, en double trait plein les éléments externes au circuit, et en pointillé les éléments de contrôle commande supplémentaires du circuit électronique propres à une utilisation spécifique. Les blocs sont reliés entre eux par des traits pleins ou pointillés figurant schématiquement les liaisons électriques principales. Cette représentation graphique schématique ne présume en rien du nombre de conducteurs nécessaires pour véhiculer la puissance ou les informations électriques nécessaires au fonctionnement du dispositif. Par ailleurs, d'autres liaisoins sont tout à fait possibles, permettant par exemple de by passer certains éléments comme la batterie d'accumulateurs. Ces variantes sont faciles à concevoir et ne seront pas développées plus précisément.
- Les éléments figurant dans ce bloc diagramme sont réalisés à l'aide de composants électroniques connus en soi, discrets ou sous forme de circuits intégrés. Ils ne nécessitent donc pas d'explications particulières.
- Le générateur électrique 20 alimente un redresseur de tension 23 et délivre également directement des signaux représentatifs des paramètres de fonctionnement de la machine par l'intermédiaire d'un digitaliseur de tension 21 et d'un compteur d'impulsions 22. Le redresseur de tension 23 est connecté à une batterie 24 d'accumulateurs intégrés au corps 1 de la machine, placée par exemple à proximité du conduit 2 d'amenée d'air comprimé de la machine (voir fig.1). La batterie 24 permet par l'intermédiaire de moyens d'alimentation stabilisée 25, de fournir de l'électricité à des capteurs d'effort 26. Ceux-ci peuvent être des jauges de contrainte, ou encore des capteurs de pression du type piezo-électrique ou autre. Ces capteurs sont fixés sur une pièce support 15 déformable, propre à immobiliser en rotation le moteur à palette 3 et son réducteur 4 associé. Ils sont raccordés au circuit électronique de commande et de contrôle du fonctionnement de la machine et sont aptes à fournir un signal représentatif du couple exercé par la turbine 3 sur la pièce déformable via un amplificateur de tension 27.
- Cet amplificateur 27 de tension alimente des moyens de visualisation 28 du couple. Par l'intermédeiaire d'un calculateur 29 ou d'un détecteur de seuil 30, l'amplificateur 27 attaque l' électro-aimant 13 permettant d'ouvrir ou de fermer le clapet 11. Le détecteur de seuil 30, connecté à des moyens 31 fournissant une valeur de consigne règlable (potentiomètre, clavier, ou tous moyens permettant d'introduire une donnée externe) et qui peuvent être raccordés à des moyens de visualisation 32 de la valeur de consigne, permet, en comparant avec l'information provenant de l'amplificateur de tension 27, de donner une instruction de commande à l'électro-aimant 12.
- Ainsi, lorsque le capteur d'effort indique une valeur égale à la consigne du système asservi, une instruction de commande est donnée. Dans le cas d'une machine dont on veut limiter à une valeur maximum le couple appliqué à la broche de travail 16, il s'agit de la fermeture de l'arrivée d'air comprimé.
- Mais d'autres cas sont possibles, notamment lorsqu'on veut pratiquer un arrêt de l'outil dans une position angulaire déterminée à partir d'un précouple de serrage. Auquel cas l'instruction de commande attaque alors un circuit de temporisation (non représenté). Dans une variante avantageuse de la machine selon l'invention, des moyens 60 de mémorisation des paramètres de fonctionnement sont connectés au circuit électronique, par exemple au digitalisateur 21, à l'amplificateur de tension 27 et/ou au calculateur 29. Ces moyens, portés par le corps de la machine peuvent être inclus dans un boîtier désolidarisable du corps.
- La figure 2 montre une meuleuse à régulation de vitesse électronique selon l'invention. Elle comprend un corps 40, un raccord d'alimentation 41 en air comprimé qui peut par exemple être du type raccord rapide et une commande manuelle 42 représentée sur la figure sous forme d'un levier, mais qui peut être un bouton, ou tout autre moyen connu. Une électrovanne 43, munie d'une vis pointeau 44 commandée par un micro-moteur 51 alimenté par la génératrice électrique, permet de contrôler le débit d'alimentation en air comprimé du moteur à palette 45 qui entraîne la rotation de la broche 46 sur laquelle vient se fixer l'outil (non représenté).
- Le fonctionnement de cet électrovanne 43 est commandé par l'intermédiaire du circuit électronique 47 du type comprenant au moins une partie des éléments de la figure 3. Les informations sur la rotation de la broche 46 sont données à l'électronique à partir de la sortie du générateur électrique 20. Le digitaliseur de tension 21, permet de fournir un signal représentatif de la vitesse de rotation de la broche en cours de fonctionnement à des moyens d'affichage de la vitesse 33. Une horloge 34, alimentée ou non par la génératrice, et le compteur d'impulsions 22 branché à la sortie du générateur 20 sont connectés à des moyens 35 de maintien à une valeur de consigne de régulation de la vitesse sélectionnée par des moyens 35a et sont aptes à agir sur la vanne 43 pour moduler l'arrivée d'air. La vitesse de la machine peut alors être modifiée dans un sens déterminé, après comparaison de la vitesse mesurée à une vitesse de référence donnée en consigne à l'électronique par les moyens de sélection 35a.
- Le compteur d'impulsion 22 permet également de délivrer des signaux représenatifs des angles de rotation de la broche de sortie. Par l'intermédiaire du calculateur 29 il attaque l'électro-aimant 13. Ce calculateur 29 est relié à des moyens de sélection d'une valeur de consigne 29a de l'angle de rotation recherché et peut être connecté à des moyens d'affichage 29b de cet angle. Ainsi, la machine est arrêtée lorsque l'angle de rotation mesuré devient égal à une valeur donnée par les moyens 29a de consigne.
- Lors des essais de rélisation d'une machine selon l'invention, une précision de l'ordre du degré a pu être obtenue. L'outil tourne en effet très lentement lorsque l'on effectue une rotation angulaire déterminée de la broche ; le couple exercé étant par ailleurs suffisant, la coupure de l'air comprimé entraîne un arrêt quasi immédiat.
- Afin d'obtenir un arrêt encore plus précis de l'outil, dans une position correspondant exactement à la valeur de consigne fixée, le circuit électronique 13 peut comprendre des moyens de mesure 70, 71 propres à mesurer l'accroissement de la valeur du couple pendant le serrage soit en fonction du temps, alors par exemple fourni par l'horloge 34 (liaison non montrée sur la figure 3), soit en fonction de la position angulaire des moyens moteurs rotatifs donnés par le compteur d'impulsion 22 (liaison non montrée sur la figure 3). Le circuit 13 comprend aussi des moyens de calcul 72 connectés aux moyens de sélection 31 d'une valeur de consigne et aux moyens de mesure 70, 71, lesdits moyens étant propres à calculer en fonction de la forme passée de la courbe d'accroissement du couple la forme prévisible de cet accroissement et d'en déduire à partir d'un temps de référence to ou d'un angle de référence αo le temps de serrage t ou l'angle de serrage α à tourner restant nécessaire pour atteindre la valeur de consigne (couple ou angle de serrage). De tels moyens pour mesurer et calculer sont connus en soi et l'homme du métier choisira parmi les circuits intégrés ou discrets du commerce les éléments nécessaires pour les réaliser.
- Des moyens 74 pour couper l'alimentation en air comprimé après le temps t ou la rotation d'un angle α, connectés aux moyens de calcul 73, assurent in fine un arrêt précis à la valeur de consigne en agissant sur l'électro-aimant 12.
- Afin d'améliorer encore la précision quant à l'arrêt à la bonne valeur de consigne, des moyens élastiques 5a peuvent être rajoutés, par exemple à l'intérieur du corps de la machine à proximité du renvoi d';angle 5 comme montré schématiquement sur la figure 1. De tels moyens élastiques permettent une rotation dfférentielle entre la partie 9a de l'arbre 9 rigidement reliée aux moyens moteurs rotatifs et la partie 9b rigidement reliée à l'outil via la broche 16. Ces moyens élastiques permettent une démultiplication avec amortissement qui a pour résultat d'augmenter le temps de montée en couple et donc d'améliorer la pression du serrage.
- Ces moyens élastiques sont constitués de façon connue en soi et ne seront pas développés plus longuement.
- D'autres éléments peuvent être avantageusement ajoutés à ce circuit de contrôle et de commande d'une machine pneumatique selon l'invention. Par exemple, un système 50 permettant la progammation de la durée du serrage dans le cas où la machine est une visseuse. Il est par ailleurs possible, par l'intermédiaire d'un dispositif 52 de changement de vitesses, de modifier les paramètres de fonctionnement de la machine par exemple pour avoir une vitesse de travail différente.
- Le fonctionnement des machines réalisées selon l'invention est expliqué ci-après.
- L'air comprimé est branché sur la machine par adaptation d'un raccord sur le conduit d'alimentation 2 d'air comprimé. L'outil est alors à l'arrêt. Par action sur les moyens de commande 12, 42, (le clapet de fermeture 11 étant ouvert ou la vis pointeau 44 étant prérèglée dans une position déterminée), l'air comprimé alimente les moyens moteurs rotatifs 3, 45 entraînant le réducteur 4 qui fait tourner la broche 16, 46 sur laquelle est adapté l'outil. Simultanément, les moyens rotatifs 3 entraînent le générateur 6 de courant, qui après avoir été transformé, est stocké, par exemple, dans la batterie 24 qui sert à l'alimentation générale du circuit de contrôle-commande.
- Dans le cas d'une visseuse et au préalable, l'opérateur aura affiché en consigne, par l'intermédiaire des moyens 31 (clavier, potentiomètre, ...) la valeur de consigne du couple maximum auquel il veut arriver lors du serrage. Le vissage de la vis est ensuite effectué et la montée en couple lors du serrage se fait. Lorsque les capteurs d'effort transmettent un signal représentatif donnant un couple de valeur égal à la valeur de consigne, l'excitation de l'électro-aimant 13 provoque la fermeture du clapet 11 et l'arrêt de la machine.
- Dans le cas du fonctionnement d'une machine type meuleuse, l'opérateur affiche la vitesse à laquelle il veut effectuer son opération de meulage par l'intermédiaire des moyens 35a de selection d'une valeur de consigne. Lors du meulage, l'état de surface de la pièce à meuler, la pression manuelle exercée par l'opérateur, et l'état de l'outil vont varier. La vitesse de rotation, fonction de ces paramètres va donc également varier et permettre alors de réguler l'arrivée d'air en agissant par l'intermédiaire des moyens de régulation 35 sur la vanne pointeau 44 comme précédemment décrit, par action sur le micro-moteur 51.
- Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ces modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle comprend par exemple des moyens qui vont permettre, notamment dans le cas des visseuses :
- le vissage de vis auto-perceuses ou auto-taraudeuses, dans des pièces nécessitant un couple de vissage supérieur au couple de serrage,
- le serrage d'approche à vitesse rapide et le blocage de la vis ou de l'écrou à vitesse lente, mais à couple supérieur,
- un marquage à la peinture des vis ou écrous serrés,
- des durées de serrage programmables,
- des changements de vitesses automatiques. - Pour les meuleuses, taraudeuses, et perceuses :
- en plus de la régulation des vitesses de rotation, une programmation de vitesses, notamment pour avoir un démarrage progressif. - Grâce aux machines selon l'invention une meilleure qualité dans le travail effectué par l'opérateur et un meilleur contrôle de ce travail est possible. L'affichage des paramètres de fonctionnement sur la machine permet à l'opérateur de s'adapter aux conditions particulières de son travail en permanence.
- On peut également prévoir sur la machine des sorties sur lesquelles vont venir se connecter des équipements séparés. Un dialogue entre le circuit électronique de contrôle et de commande incorporé de la machine et des systèmes 55 de traitement externe de données (enregistrement des paramètres de travail par exemple) est alors possible. Des modifications concernant les règlages de la machine elle-même, ou encore l'asservissement à la machine d'un poste fixe sur lequel la machine portative selon l'invention serait montée ou plus généralement, son utilisation par un robot sont donc tout à fait envisageables.
- A titre d'exemple, on peut citer le recul automatique d'une perceuse pour le débourrage des copeaux lorsque le couple de travail atteint une valeur maximum prédéterminée.
Claims (10)
- un circuit électronique de commande et de contrôle (13) du fonctionnement de la machine pneumatique incorporé au corps (1) de ladite machine et alimenté en courant délivré par le générateur électrique (6),
- et en ce que le générateur (6) est agencé pour délivrer également des signaux représentatifs d'au moins un paramètre de fonctionnement de la machine utilisable par ledit circuit.
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FR3070289B1 (fr) | Procede de percage a avance vibratoire et dispositif correspondant |
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