FR2482886A1

FR2482886A1 - Position detector for rotating clamp on machine tool - contains hall effect element sensing magnetic field in clamp, and logic circuit with data processor connected to tool control elements

Info

Publication number: FR2482886A1
Application number: FR8011270A
Authority: FR
Inventors: Nicolae Hamburger
Original assignee: Applied Power International SA
Current assignee: Applied Power International SA
Priority date: 1980-05-20
Filing date: 1980-05-20
Publication date: 1981-11-27
Also published as: FR2482886B1

Abstract

The rotating clamp contains a magnetic position sensor which allows angular and axial positions to be determined. This ensures that a faulty clamping action will not lead to damage of the associated machine tool. A cylindrical clamp, with a base (1) contains a piston (3) whose position is adjustable. The piston shaft (4) is firmly attached to a clamp arm. Joints (5) provide sealing within the cylinder (2). The shaft displaces to clamp (S) and to release (L) a piece part. The position detector comprises a Hall effect element on the end of a shaft (10). The Hall element engages an opening (9) in the piston shaft. A permanent magnet (12) defines a magnetic path whose flux is concentrated by an iron condenser (13). The position is signalled by the value of the magnetic field determined by the detector and its electronic circuits.

Description

La présente invention concerne de façon générale les brides tournantes montées sur les machines-outils en vue du maintien de pièces à usiner et, plus particulièrement, une bride tournante à contrôle de la position de son organe de serrage de pièce. The present invention relates generally to the rotating flanges mounted on machine tools for maintaining workpieces and, more particularly, a rotating flange to control the position of its workpiece clamping member.

On sait que pour la fixation des pièces à usiner sur les machines-outils, on utilise couramment des brides tournantes agissant sous l'effet d'un fluide sous pression. De telles machines-outils sont notamment montées en chaîne-transfert en vue de la réalisation automatique de pièces par opérations séquentielles d'usinage et de transfert. It is known that for fixing the workpieces to machine tools, rotating flanges are commonly used acting under the effect of a pressurized fluid. Such machine tools are notably mounted in chain-transfer for the automatic production of parts by sequential machining and transfer operations.

Dans le cas de machines-outils à commande manuelle du cycle d'opérations, il est aisé de vérifier la position et le fonctionnement correct d'une bride. Cependant, dans le cas de pièces de grandes dimensions nécessitant une multiplicité de brides, cette vérification n'est pas possible compte-tenu du temps nécessaire et des cadences imposées. Or, une seule bride en position défectueuse peut entraîner la destruction de la pièce ou de l'outil. Cet inconvéndent est encore plus grave dans le cas d'une chaîne-transfert, qui se trouve ainsi arrêtée en cas de panne -d7un seul de ses oostes. In the case of machine tools with manual control of the operating cycle, it is easy to check the position and correct operation of a flange. However, in the case of large parts requiring a multiplicity of flanges, this verification is not possible given the time required and the rates imposed. However, a single flange in the defective position can destroy the part or the tool. This drawback is even more serious in the case of a chain-transfer, which is thus stopped in the event of a failure -d7one of its oostes.

La cause de ces troubles possibles réside dans le fait qu'avec les brides tournantes actuelles, il n'existe aucune information sur leur position ou leur état au cours de leur fonctionnement. Une telle information est cependant de première importance du fait que, si le processus commence par exemple avant que la pièce ne soit fixée, pièce, outil et machine peuvent être détériorées, de la même façon que s'il y a lieu d'enlever la pièce alors que la bride n'a pas tourné. The cause of these possible troubles lies in the fact that with current rotating flanges, there is no information on their position or state during their operation. Such information is however of primary importance because, if the process begins for example before the part is fixed, part, tool and machine can be deteriorated, in the same way as if it were necessary to remove the part while the flange has not turned.

La présente invention vise à remédier à ces incon
vénients, en fournissant une bride tournante comprenant un ensemble de détection de la position axiale et angulaire de son organe de serrage, donnant à chaque instant ou au début de chaque phase opératoire d'information concernant la condition ou l'état dudit organe.The present invention aims to remedy these incon
vénients, by providing a rotating flange comprising a set for detecting the axial and angular position of its tightening member, giving information at each instant or at the start of each operational phase concerning the condition or state of said member.

Conformément à l'invention, la bride comporte intérieurement un ensemble magnétique de contrôle de position du piston, associé à un détecteur d'effort de serrage disposé dans le bras de serrage, l-adite bride étant connectée à un circuit logique compris dans un circuit d'exploitation des signaux issus de l'ensemble de contrôle et du détecteur d'effort, ledit circuit étant relié aux organes de commande de la machine-outil. In accordance with the invention, the flange internally comprises a magnetic assembly for controlling the position of the piston, associated with a clamping force detector disposed in the clamping arm, the flange being connected to a logic circuit included in a circuit. operating signals from the control assembly and the force detector, said circuit being connected to the control members of the machine tool.

De cette façon, les éléments détecteurs de position étant placés à l'intérieur du corps de la bride, et le détecteur d 'effort de serrage étant placé dans le bras, ces différents organes sont protégés d'une détérioration éventuelle par les pièces à usiner ou par les outils d'usinage. In this way, the position detector elements being placed inside the body of the flange, and the clamping force detector being placed in the arm, these various members are protected from possible deterioration by the workpieces or by machining tools.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 représente une vue schématique en coupe d'une bride du type hydraulique, illustrant le principe général de fonctionnement de l'ensemble de détection selon l'invention ;
- la figure 2 représente un graphique de la variation de la densité d'un flux magnétique en fonction de la dimension de I'entrefer existant dans le circuit magnétique;
- la figure 3 représente un schéma synoptique des circuits d'exploitation des signaux issus de l'ensemble de détection ;;
- la figure 4 représente un schéma synoptique d'un circuit logique applicable aux circuits de la figure 3
- la figure 5 représente une vue schématique partiellement en coupe, d'une forme qénérale de réalisation possible d'une bride selon l'invention ; et
- la figure 6 représente une vue schématique d'une forme de réalisation avantageuse d'un bras de serrage d'une bride conforme à l'invention.Other characteristics and advantages of the present invention will emerge more clearly from the description which follows, given with reference to the appended drawings in which
- Figure 1 shows a schematic sectional view of a hydraulic type flange, illustrating the general principle of operation of the detection assembly according to the invention;
FIG. 2 represents a graph of the variation of the density of a magnetic flux as a function of the dimension of the air gap existing in the magnetic circuit;
- Figure 3 shows a block diagram of the signal processing circuits from the detection assembly;
- Figure 4 shows a block diagram of a logic circuit applicable to the circuits of Figure 3
- Figure 5 shows a schematic view partially in section, of a qénérale possible embodiment of a flange according to the invention; and
- Figure 6 shows a schematic view of an advantageous embodiment of a clamping arm of a flange according to the invention.

Sur ces dessins, les mêmes références désignent les mêmes éléments. In these drawings, the same references designate the same elements.

En se référant à la figure 1, une bride selon l'invention comprend, de façon connue en soi, un corps avec une embase 1 et formant un cylindre 2 dans lequel est ajusté un piston 3, dont la tige 4 est solidaire d'un bras de serrage convenable (non représenté). Des joints appropriés 5 assurent l'étanchéité de l'ensemble piston-cylindre. La tige 4 se déplace dans le sens de la flêche S pour le serrage de la pièce et dans le sens de la flêche L pour la libération de cette dernière. Referring to Figure 1, a flange according to the invention comprises, in a manner known per se, a body with a base 1 and forming a cylinder 2 in which is adjusted a piston 3, whose rod 4 is integral with a suitable clamping arm (not shown). Appropriate seals 5 seal the piston-cylinder assembly. The rod 4 moves in the direction of the arrow S for clamping the workpiece and in the direction of the arrow L for the release of the latter.

Conformément à l'invention, l'ensemble détecteur est monté à l'intérieur de la bride, par exemple dans l'embase 1. According to the invention, the detector assembly is mounted inside the flange, for example in the base 1.

A cet effet, celle-ci est munie d'une douille axiale intérieure 6 dans laquelle est ajustée une broche centrale 7 mobile axialement avec le piston et dont une extrémité 8 est engagée dans un évidement 9 de la tige 4 . L'autre extrémité 10 de la broche 7 est associée à l'ensemble détee- teur basé sur l'effet Hall, de référence générale 11 fixe par rapport à 1'embase I, et comporte un aimant permanent 12 auquel elle est solidarisée par l'intermédiaire d'un élément condenseur de champ magnétique 13. Des conducteurs électriques 14, associés aux détecteurs 11, sont reliés à un connecteur extérieur convenable 15.To this end, the latter is provided with an internal axial sleeve 6 in which a central spindle 7 movable axially with the piston is adjusted and one end of which 8 is engaged in a recess 9 in the rod 4. The other end 10 of the pin 7 is associated with the detector assembly based on the Hall effect, of general reference 11 fixed relative to the base I, and comprises a permanent magnet 12 to which it is secured by the by means of a magnetic field condenser element 13. Electrical conductors 14, associated with the detectors 11, are connected to a suitable external connector 15.

Tous les organes mentionnés ci-dessus, à savoir, embase 1, cylindre 2, piston 3, broche 7 sont réalisés en des matériaux ferro-magnétiques, à l'exclusion de la douille 6 réalisée en un matériau para-magnétique. All the organs mentioned above, namely, base 1, cylinder 2, piston 3, pin 7 are made of ferro-magnetic materials, with the exception of the sleeve 6 made of a para-magnetic material.

La présence de l'aimant permanent 12 définit
ÀU sein de la bride un flux magnétique F1 symétrique par rapport à la broche 7 dans laquelle il est concentré par l'intermédiaire du condenseur 13 réalisé par exemple en fer 'AR-CO'.' Un flux F2, également symétrique par rapport à la broche 7, constitue un flux de perte inhérent à tout système magnétique.The presence of the permanent magnet 12 defines
Within the flange a magnetic flux F1 symmetrical with respect to the spindle 7 in which it is concentrated by means of the condenser 13 made for example of iron 'AR-CO'. ' A flux F2, also symmetrical with respect to pin 7, constitutes a loss flux inherent in any magnetic system.

Le rôle de l'ensemble détecteur 11 est de délivrer un signal proportionnel à la valeur du champ magnétique qui le traverse. Conformément à l'invention, .et comme ce sera expliqué plus en détail ci-après, l'ensemble détecteur 11 p-ermet d'effectuer une mesure du déplacement axial du piston par l'intermédiaire de la broche 7, cette mesure fournissant en même temps une information sur la position angulaire dudit piston, associée au déplacement axial. The role of the detector assembly 11 is to deliver a signal proportional to the value of the magnetic field which passes through it. According to the invention, .and as will be explained in more detail below, the detector assembly 11 allows to perform a measurement of the axial displacement of the piston via the spindle 7, this measurement providing at the same time information on the angular position of said piston, associated with the axial displacement.

En se référant au graphique de la figure 2, on a porté en abscisses la valeur de l'intensité de f]ux H,liée à la dimension de l'en- trefor et, en ordonnées, la valeur de la densité de flux B. On obtient la
courbe usuelle 16. Si la résistance magnétique décroît au niveau de l'ensemble détecteur 11, ce qui équivaut à un accroissement de la course X du piston (voir figure 1), la ligne de l'entrefer se déplace de a en b, ce qui conduit à une variation de densité-de flux proportionnelle, de Sa à Bb. L'ensemble 11 détecte cette variation, de manière à délivrer des signaux représentatifs de la position axiale du piston, comme expliqué ci-après en se référant aux figures 3 et 4.Referring to the graph in FIG. 2, we have plotted on the abscissa the value of the intensity of f] ux H, linked to the dimension of the interleaf and, on the ordinate, the value of the flux density B We get the
usual curve 16. If the magnetic resistance decreases at the level of the detector assembly 11, which is equivalent to an increase in the stroke X of the piston (see FIG. 1), the line of the air gap moves from a to b, this which leads to a variation in density-proportional flow, from Sa to Bb. The assembly 11 detects this variation, so as to deliver signals representative of the axial position of the piston, as explained below with reference to FIGS. 3 and 4.

De façon connue en soi, le circuit de formation des signaux comprend, à partir de l'ensemble détecteur 11, un amplificateur 17 et des circuits logiques L1, L2, L3 reliés à des conditionneurs 1S, 19, 20 fournissant à leur sortie les signaux respectifs. SI, S2, 53. In a manner known per se, the signal formation circuit comprises, from the detector assembly 11, an amplifier 17 and logic circuits L1, L2, L3 connected to conditioners 1S, 19, 20 supplying at their output the signals respective. SI, S2, 53.

Ce circuit est réglé de façon telle que
- si le piston dépasse une position prédéterminée vers le haut du cylindre, c'est-à-dire dans le sens de la flêche L (fig. 1), le signal S1 le confirme
- si le piston dépasse une certaine limite en sens inverse, le signal S2 le confirme ; en fait, le signal S2 peut être émis sans que la pièce soit effectivement. serrée, si par exemple la vis de serrage se brise, auquel cas le piston ne serre pas malgré son déplacement convenable
- si alors le piston est dans cette dernière condition, ie signal S3 confirme le fait que la bride ne ferme pas le circuit d 'effort passant par la pièce.This circuit is set so that
- if the piston exceeds a predetermined position towards the top of the cylinder, that is to say in the direction of the arrow L (fig. 1), the signal S1 confirms it
- if the piston exceeds a certain limit in the opposite direction, the signal S2 confirms it; in fact, the signal S2 can be emitted without the part actually being. tight, if for example the clamping screw breaks, in which case the piston does not tighten despite its proper movement
- if then the piston is in the latter condition, ie signal S3 confirms the fact that the flange does not close the force circuit passing through the part.

Le signal S2 n'est délivré que si l'effort atteint le niveau prescrit. Les circuits logiques comprennent une première porte ET (21) dont les entrées reçoivent S2 et un signal représentatifde l'effort P, qui sera défini ciaprès, tandis que la sortie de la porte 21 constitue une en trée d'une seconde porte ET (22) dont l'autre entrée reçoit 53. Les signaux finaux de sortie, à savoir, A pour 51 et B pour 52, S3 et P, déterminent la signalisation finale de l'état de la bride avec A pour la position d'extraction de la pièce et B pour l'ordre de serrage. The S2 signal is only issued if the effort reaches the prescribed level. The logic circuits include a first AND gate (21), the inputs of which receive S2 and a signal representative of the force P, which will be defined below, while the output of gate 21 constitutes one of a second AND gate (22 ) whose other input receives 53. The final output signals, namely, A for 51 and B for 52, S3 and P, determine the final signaling of the state of the flange with A for the extraction position of the part and B for the tightening order.

On peut grouper le logique de la manière suivante
S1 = 1 : bride libérée
S2 = 1
) = S2.P : : bride serrée
P=1)
S3 = 1 : défaut, arrêt de la machine
Avec plusieurs brides sur une même pièce, les signaux finaux A et B résultent de la combinaison logique de tous les signaux individuels :
A = SllS2 51n
B = (S21'S3,) (S22.S32).. 52n 53n ).P
Selon une autre possibilité de mise en oeuvre des principes de base exposés ci-d-essus, et se référant à la figure 5 ne comportant que les éléments principaux pour des raisons de clarté, le cylindre 2 est relié à une valve d'alimentation en fluide 23, ellemême commandée sous l'effet du signal S1.La tige 4 du piston 3 est solidaire d'un bras 24 muni d'une vis de serrage 25. La broche 7 fixe par rapport à l'embase 1 comprend une rampe hé licoïdale 26 coopérant avec un guide 27, de façon qu'un mouvement de translation du piston se traduise également par un mouvement de rotation définissant la position du bras 24 par rapport à la pièce (non représentée).We can group the logic as follows
S1 = 1: flange released
S2 = 1
) = S2.P:: tight clamp
P = 1)
S3 = 1: fault, machine stop
With several flanges on the same piece, the final signals A and B result from the logical combination of all the individual signals:
A = SllS2 51n
B = (S21'S3,) (S22.S32) .. 52n 53n) .P
According to another possibility of implementing the basic principles set out above, and referring to FIG. 5 comprising only the main elements for reasons of clarity, the cylinder 2 is connected to a valve for supplying fluid 23, itself controlled under the effect of the signal S1.The rod 4 of the piston 3 is secured to an arm 24 provided with a clamping screw 25. The pin 7 fixed relative to the base 1 comprises a ramp hey licoidal 26 cooperating with a guide 27, so that a translational movement of the piston also results in a rotational movement defining the position of the arm 24 relative to the part (not shown).

Selon la forme de réalisation générale représentée, sur la figure 5, la tige interne 28 du piston est munie à
son extrémité opposée à la tige 4 d'éléments maqnétiques
29 ou 30. Les éléments se déplacent devant des
détecteurs magnétiques appropriés, dont chacun est une cel
lule à effet Hall, 31 ou bien éventuellement 32,33, dont le fonctionnement sera expliqué ci-après.According to the general embodiment shown, in FIG. 5, the internal rod 28 of the piston is provided with
its end opposite to the rod 4 of maqnetic elements
29 or 30. The elements move in front of
suitable magnetic detectors, each of which is a cel
lule Hall effect, 31 or possibly 32.33, the operation of which will be explained below.

Le signal S1 = 1 correspond à la fixation de la pièce, tandis que S1 = O correspond à sa libération. The signal S1 = 1 corresponds to the fixing of the part, while S1 = O corresponds to its release.

Selon une oremière forme de réalisation possible, la bride comporte les détecteurs correspondant aux signaux S1 et 52, avec un détecteur de proximité 31 en regard de l'élé- ment maqnétique 29. On obtient alors le tableau suivant
S1 = O S2 = O pièce libre
S1 = 1 S2 = 1 pièce fixée
S1 = 1 52 = O pièce libre car non serrée.According to a first possible embodiment, the flange comprises the detectors corresponding to the signals S1 and 52, with a proximity detector 31 opposite the mechanical element 29. The following table is then obtained
S1 = O S2 = O free room
S1 = 1 S2 = 1 fixed part
S1 = 1 52 = O free part because not tight.

La troisième possibilité ci-dessus peut apparaître lorsque la vis de serrage 25 est endommagée ou cassée. Cette même combinaison apparat lorsque la bride rencontre un obstacle et ne peut effectuer sa course complète. The third possibility above can appear when the clamping screw 25 is damaged or broken. This same combination appears when the bridle meets an obstacle and cannot complete its race.

Cette première forme de réalisation est la plus simple mais elle offre déjà une sécurité totale : en effet, si l'ensemble détecteur est détruit ou si le cable de connexion est endommagé, le signal S2 est toujours égal à zéro, ce qui équivaut à "pièce libre" et le cycle de travail ne peut commencer. This first embodiment is the simplest but it already offers total security: indeed, if the detector assembly is destroyed or if the connection cable is damaged, the signal S2 is always equal to zero, which is equivalent to " free room "and the work cycle cannot begin.

Selon une autre forme de réalisation, la bride comprend deux détecteurs de position 32 et 33 disposés cote à cote, donnant respectivement des signaux 53 et 54. Dans ee cas, les détecteurs 32 et 33 donnent des informa
tions individuelles et additives aux circuits d'exnlcitaticn,
dans la mesure où l'élément magnétique 30 est au droit d'un
des deux détecteurs ou des deux à a fois, les dimensions du-
dit élément 30 et la distance séparant les détecteurs étant
réqlées en conséquence.On obtient alors le tableau suivant
S1 = 0 53 = 0 54 = 1 pièce libre
S1 = 1 53 = 0 54 = 1 pièce libre
Sl = 1 S3 = 1 S4 = 1 pièce fixée
S1 = 1 S3 = 1 S4 = O pièce libre
On obtient ainsi une indication précise sur la position du piston
53 = 0 S4 = 1 piston à fond de course (flêche L)
53 = 1 S4 = 1 piston dans la zone de serrage
S3 = 1 S4 = O course insuffisante du piston.According to another embodiment, the flange comprises two position detectors 32 and 33 arranged side by side, giving signals 53 and 54 respectively. In this case, the detectors 32 and 33 give information
individual and additive information,
insofar as the magnetic element 30 is at the right of a
of the two detectors or both at once, the dimensions of the
said element 30 and the distance between the detectors being
adjusted accordingly. The following table is obtained
S1 = 0 53 = 0 54 = 1 free room
S1 = 1 53 = 0 54 = 1 free piece
Sl = 1 S3 = 1 S4 = 1 fixed part
S1 = 1 S3 = 1 S4 = O free room
This gives a precise indication of the position of the piston.
53 = 0 S4 = 1 piston at full stroke (arrow L)
53 = 1 S4 = 1 piston in the clamping area
S3 = 1 S4 = O insufficient stroke of the piston.

Comme mentionné plus haut, les détecteurs magnétiques peuvent être associés à un organe détecteur sensible à l'effort de pression et délivrant le signal S2. A cet effet, la mesure de l'ef-
fort de serrage s'effectue grâce à une géométrie particulière donnée au bras de serrage, conformément à l'invention.As mentioned above, the magnetic detectors can be associated with a detector member sensitive to the pressure force and delivering the signal S2. To this end, the measurement of the ef-
strong clamping is effected by virtue of a particular geometry given to the clamping arm, in accordance with the invention.

En se référant à la figure 6, le bras de référence générale 24, est solidarisé à la tige 4 à l'une de ses extrémités et comporte la vis de serrage 25 à son autre extrémité. Referring to Figure 6, the general reference arm 24, is secured to the rod 4 at one of its ends and has the clamping screw 25 at its other end.

Le bras est évidé de façon à comporter deux branches élastiques 34 et 35, tandis qu'il comprend une partie relativement massive centrale 36 du côté de l'extrémité munie de la vis de serrage 25, cette partie 36 étant elle-même prolongée par une troisième branche élastique 37 reliée à l'extrémité du bras située du côté de la tige 4. Cette branche 37 est associée à des éléments détecteur 38 du tvoe réaqissant à
la déformation de la pièce, tels que des marques tensiométriques ou jauges de contrainte. Ces éléments 38 sont reliés de façon connue en soi à un amplificateur de leur signal de sortie, intégré aux circuits d'exploitation décrits ci-dessus.The arm is hollowed out so as to comprise two elastic branches 34 and 35, while it comprises a relatively massive central part 36 on the side of the end provided with the tightening screw 25, this part 36 being itself extended by a third elastic branch 37 connected to the end of the arm located on the side of the rod 4. This branch 37 is associated with detector elements 38 of the tvoe
deformation of the part, such as tensiometric marks or strain gauges. These elements 38 are connected in a manner known per se to an amplifier of their output signal, integrated into the operating circuits described above.

La bride selon l'invention permet un fonctionnement parfaitement fiable et trouve son application en particulier sur les machines-outils d'une chaîne-transfert, en vue d'une fabrication de pièces usinées automatiquement sans risque de retards et de détériorations, ni des pièces elles-mêmes, ni des organes desdites machines. The flange according to the invention allows perfectly reliable operation and finds its application in particular on machine tools of a transfer chain, with a view to manufacturing automatically machined parts without risk of delays and damage, or of parts. themselves, or organs of said machines.

I1 est bien entendu que la présente invention nea été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nul lement limitatif et qu'on pourra y apporter toute modification dans le domaine des équivalences techniques sans sortir de son cadre. It is understood that the present invention has only been described and shown for explanatory purposes but is in no way limitative and that any modification may be made to it in the field of technical equivalences without departing from its scope.

Claims

1. Rotating flange for machine tool, of the type comprising a movable piston animated with a translational movement associated with a rotational movement and connected to a workpiece clamping arm, characterized in that it internally comprises a assembly for controlling the position of the piston associated with a clamping force detector disposed in the clamping arm, the flange being connected to a logic circuit included in a circuit for processing the signals from the control assembly and the detector 'effort, the latter circuit being connected to the control elements of the machine tool.

2. Flange according to claim 1, characterized in that the movable piston is integral with a permanent magnet defining a magnetic flux within the flange, the position control assembly comprising fixed magnetic variation detectors of this flux, cooperating with said magnet.

3. Flange according to claim 2, characterized in that it comprises at least one magnetic piston position detector and a detector sensitive to the clamping force.

4. Flange according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the clamping arm of the flange comprises a recessed part defining two elastic branches as well as a more massive part extended by a third elastic branch associated it- even at least one strain gauge type strain detector.

5. Flange according to claim 4, characterized in that the spindle is fixed and that the piston rod is provided with at least one permanent magnet which can move in front of at least one magnetic detector.

6. Flange according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the piston position control assembly comprises two magnetic detectors with rocker arm and cooperating individually or additively with a permanent magnet associated with the internal rod of the piston.