FR2917502A1 - SAMPLE CHARACTERIZATION DEVICE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de caractérisation d'échantillons de systèmes de dépollution sur un banc d'essai, caractérisé en ce qu'il est apte à charger et à décharger automatiquement au moins un échantillon à tester.The invention relates to a device for characterizing samples of pollution control systems on a test bench, characterized in that it is capable of automatically loading and unloading at least one sample to be tested.
Description
DISPOSITIF DE CARACTERISATION D'ECHANTILLONSSAMPLE CHARACTERIZATION DEVICE
L'invention concerne les dispositifs de caractérisation d'échantillons sur un banc d'essais, notamment d'échantillons de systèmes de dépollution automobiles en présence de gaz d'échappement synthétiques à différentes températures, tels que les filtres à particules ou les systèmes de catalyseurs conçus pour la réduction des oxydes d'azote (DeNOx). L'invention concerne en particuliers les opérations de charge et de décharge des échantillons sur les bancs d'essais. The invention relates to devices for characterizing samples on a test bench, in particular samples of automobile pollution control systems in the presence of synthetic exhaust gases at different temperatures, such as particulate filters or catalyst systems. designed for the reduction of nitrogen oxides (DeNOx). The invention relates in particular to the loading and unloading of samples on the test benches.
Les bancs d'essais existants ne sont plus aptes à satisfaire les demandes d'essais de caractérisation d'échantillons sur les systèmes de dépollution qui sont implantés sur les lignes d'échappement des moteurs d'automobiles, suite à l'accroissement du nombre des demandes d'essais nécessaires à la mise au point des systèmes de post-traitement. Et la prise de conscience actuelle en matière d'environnement, notamment l'évolution de la réglementation, risque d'aggraver encore la situation. La charge et la décharge des échantillons sur les bancs d'essais actuels sont effectuées manuellement. Existing test benches are no longer suitable for satisfying the requirements for characterization tests of samples on the pollution control systems that are installed on automobile engine exhaust systems, following the increase in the number of requests for testing necessary for the development of post-processing systems. And the current environmental awareness, including the evolution of regulations, may further aggravate the situation. The loading and unloading of the samples on the current test benches are done manually.
Sur le banc de DeNOx, un opérateur place l'échantillon verticalement dans le flux gazeux dans un porte-échantillons qui est bridé dans la veine gazeuse par un système de vérins pneumatiques. L'étanchéité est obtenue par les plans de joints hémisphériques du porte-échantillons. Sur le banc de filtre à particules, l'opérateur place l'échantillon horizontalement dans le flux gazeux dans un porte-échantillons dédié, qui est bridé dans la veine gazeuse par boulonnage manuel de brides plates, et l'étanchéité est obtenue à l'aide joints plats en graphite. Ainsi, en l'absence d'opérateur, d'une part le banc d'essais n'est pas exploitable, et d'autre part, il n'est apte qu'à soumettre un seul échantillon à 30 la fois à un unique essai à la fois. On the DeNOx bench, an operator places the sample vertically in the gas stream in a sample holder which is clamped in the gas stream by a system of pneumatic cylinders. The seal is obtained by the hemispherical joint planes of the sample holder. On the particle filter bank, the operator places the sample horizontally in the gas stream in a dedicated sample holder, which is clamped in the gas stream by manual bolting of flat flanges, and the seal is obtained at help flat gaskets in graphite. Thus, in the absence of an operator, on the one hand the test bench is not exploitable, and on the other hand, it is only able to submit a single sample at a time to a single try at once.
L'augmentation du nombre de bancs et/ou du nombre d'équipes exploitant ce banc a pour inconvénient de nécessiter des locaux plus grands et le redimensionnement des alimentations en gaz, électricité et air comprimé, des extractions de gaz et des ressources humaines (tant en exploitation qu'en maintenance) en conséquence. Cette solution est donc trop coûteuse. L'automatisation des essais semble donc la seule alternative qui puisse à la fois rendre les bancs d'essais capacitaires, tout en étant de moindre coût. The increase in the number of benches and / or the number of teams operating this bench has the disadvantage of requiring larger premises and the resizing of gas, electricity and compressed air supplies, gas extraction and human resources (both in operation than in maintenance) accordingly. This solution is therefore too expensive. The automation of the tests therefore seems the only alternative that can both make the test benches capacity, while being of lower cost.
Des solutions industrielles ont été développées. Par exemple, des robots industriels articulés à six axes ont été conçus pour répondre à des utilisations nécessitant une souplesse élevée en matière d'automatisation. Néanmoins, leur emploi sur de tels bancs d'essais requière des adaptations spécifiques du banc et de la programmation du procédé de caractérisation, qui sont souvent surdimensionnées et coûteuses, et ne répondent pas aux contraintes d'encombrement dues à l'implantation des bancs. L'invention a donc pour objectif de pallier ces inconvénients de la technique antérieure, en proposant un dispositif de caractérisation d'échantillons qui soit apte à répondre à la demande croissante d'essais à effectuer sur des systèmes de dépollution implantés sur les lignes d'échappement des moteurs de véhicules, sans modification substantielle du banc d'essais. Un autre objectif de l'invention est de proposer un dispositif de caractérisation d'échantillons de systèmes de dépollution de moindre coût, qui soit facile à mettre en oeuvre et à utiliser. Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé de caractérisation d'échantillons de systèmes de dépollution automatisé, qui permette d'appliquer une liste de séquences de tests successifs sur un même échantillon chargé, et/ou une liste de séquences de tests différente à des échantillons successifs. -3-Enfin, un objet de l'invention est de présenter un dispositif de caractérisation d'échantillons amélioré flexible qui puisse répondre à l'évolution de la réglementation en matière d'environnement. Industrial solutions have been developed. For example, six-axis articulated industrial robots have been designed to meet applications requiring high flexibility in automation. Nevertheless, their use on such test benches requires specific adaptations of the bench and the programming of the characterization process, which are often oversized and expensive, and do not meet the space constraints due to the implantation of the benches. The invention therefore aims to overcome these disadvantages of the prior art, by providing a sample characterization device that is able to meet the growing demand for tests to be performed on pollution control systems installed on the lines of exhaust of vehicle engines, without substantial modification of the test bench. Another objective of the invention is to propose a device for characterizing samples of low-cost depollution systems, which is easy to implement and to use. Another objective of the invention is to propose a method for characterizing samples of automated depollution systems, which makes it possible to apply a list of successive test sequences on the same loaded sample, and / or a list of test sequences. different to successive samples. Finally, an object of the invention is to provide a flexible improved sample characterization device that can respond to changes in environmental regulations.
Pour cela, l'invention propose un dispositif de caractérisation d'échantillons de systèmes de dépollution sur un banc d'essai, caractérisé en ce qu'il est apte à charger et à décharger automatiquement au moins un échantillon à tester. Certains aspects préférés mais non limitatifs du dispositif selon l'invention sont les suivants : - il comprend : o un moyen de support pour porter au moins un échantillon, o un moyen de manipulation pour charger au moins un échantillon sur le banc d'essais, o un moyen pour garantir le maintien mécanique de l'échantillon chargé, et o un moyen d'étanchéification pour garantir l'étanchéité du dispositif, les moyens de manipulation chargent successivement les échantillons 20 du moyen de support sur le banc d'essais, - le moyen support est un barillet pouvant contenir au moins un échantillon, - le moyen de manipulation comprend au moins l'un des éléments du groupe suivant : un support, une pince de préhension, un support de pince 25 flottant, un bras de préhension, - le bras de préhension comprend au moins l'un des éléments du groupe suivant : une unité de translation verticale, une unité de translation horizontale, une unité de rotation, un bras de préhension, le moyen pour garantir le maintien mécanique de l'échantillon chargé 30 et/ou le moyen d'étanchéification est un système de bridage, -4- - le moyen pour garantir le maintien mécanique de l'échantillon chargé et le moyen d'étanchéification sont un seul et même système de bridage, - le système de bridage comprend au moins l'un des éléments du groupe suivant : un vérin, un rail de guidage, une plaque mobile, - les échantillons sont placés dans des porte-échantillons dans le moyen de support, - il comprend en outre un carter de protection, - il comprend en outre un automate programmable, un poste de commande de pilotage et un bandeau de commande. For this, the invention proposes a device for characterizing samples of pollution control systems on a test bench, characterized in that it is capable of automatically loading and unloading at least one sample to be tested. Some preferred but non-limiting aspects of the device according to the invention are the following: it comprises: a support means for carrying at least one sample, a handling means for loading at least one sample on the test bench, a means for ensuring the mechanical maintenance of the loaded sample, and a sealing means to guarantee the tightness of the device, the handling means successively load the samples of the support means on the test bench; the support means is a barrel which can contain at least one sample, the handling means comprises at least one of the elements of the following group: a support, a gripper, a floating clamp holder, a gripping arm, the gripping arm comprises at least one of the elements of the following group: a vertical translation unit, a horizontal translation unit, a rotation unit, a gripping arm, the means for ensuring the mechanical retention of the loaded sample 30 and / or the sealing means is a clamping system, the means for ensuring the mechanical maintenance of the loaded sample and the sealing means are a single and same clamping system, - the clamping system comprises at least one of the following group: a cylinder, a guide rail, a movable plate, - the samples are placed in sample holders in the means of support, - it further comprises a protective casing, - it further comprises a programmable controller, a control station and a control panel.
Selon un deuxième aspect de l'invention, on propose l'utilisation d'un dispositif de caractérisation pour caractériser des systèmes de post-traitement des gaz d'échappement automobiles. Selon un dernier aspect de l'invention, on propose un procédé de caractérisation d'un échantillon sur un banc d'essais, mettant en oeuvre un dispositif de caractérisation. Certains aspects préférés mais non limitatifs du procédé selon l'invention sont les suivants : - il applique une liste de séquences de tests successifs sur un même échantillon chargé, - il applique une liste de séquences de tests différente à des échantillons successifs. According to a second aspect of the invention, it is proposed to use a characterization device to characterize automobile exhaust after-treatment systems. According to a last aspect of the invention, there is provided a method for characterizing a sample on a test bench, using a characterization device. Some preferred but non-limiting aspects of the method according to the invention are the following: it applies a list of successive test sequences on the same loaded sample, it applies a list of different test sequences to successive samples.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - La figure 1 présente une vue générale d'un dispositif de caractérisation d'échantillons de filtres à particules selon l'invention, - La figure 2 présente une vue générale d'un dispositif de caractérisation d'échantillons de DeNOx selon l'invention, -5- - La figure 3 présente un schéma de la vue de face d'une partie d'un dispositif de caractérisation d'échantillons de filtres à particules selon l'invention, - La figure 4 présente un schéma de la vue latérale d'une partie d'un dispositif de caractérisation d'échantillons de filtres à particules selon l'invention, - La figure 5 présente un schéma de la vue de face d'une partie d'un dispositif de caractérisation d'échantillons de DeNOx selon l'invention. Other features, objects and advantages of the present invention will appear on reading the detailed description which follows, with reference to the appended drawings, given by way of non-limiting examples and in which: FIG. 1 presents a general view of a device for characterizing particle filter samples according to the invention, - Figure 2 shows a general view of a device for characterizing samples of DeNOx according to the invention, -5- - Figure 3 presents a diagram of the front view of a part of a device for characterizing particle filter samples according to the invention, - Figure 4 shows a diagram of the side view of a part of a characterization device. of particulate filter samples according to the invention, - Figure 5 shows a schematic of the front view of a part of a characterization device of DeNOx samples according to the invention.
Les dispositifs de caractérisation d'échantillons de DeNOx d'une part, et de filtres à particules d'autre part, mettent en oeuvre de manière générale les mêmes éléments, à l'exception de certaines caractéristiques nécessaires pour adapter les échantillons manipulés ou testés. Par ailleurs, le dispositif peut être commandé au moyen d'un sous- ensemble électrique et automatique, comportant notamment un coffret intégrant des dispositifs de sectionnement et de protection, un automate programmable industriel, une prise permettant la connexion du dispositif à un poste de commande de pilotage (par exemple un ordinateur), et un bandeau de commande. The devices for characterizing samples of DeNOx on the one hand, and particulate filters on the other hand, generally use the same elements, with the exception of certain characteristics necessary to adapt the samples handled or tested. Furthermore, the device can be controlled by means of an electrical and automatic subassembly, comprising in particular a box incorporating cutting and protection devices, an industrial programmable controller, a socket for connecting the device to a control station driver (for example a computer), and a control panel.
Nous allons décrire à présent les principaux éléments constitutifs d'un dispositif de caractérisation d'échantillons de filtres à particules ou de DeNOx selon l'invention. Un tel dispositif comporte un carrousel 1 ayant au moins N positions (N >_1), par exemple six positions, comprenant : -un barillet 2 rotatif ayant six positions, dans lequel sont chargés six échantillons à tester, - un axe 4 du barillet 2, - un capteur apte à indexer le barillet 2, et - un capteur pour détecter la présence d'un échantillon. -6- Le barillet 2 du dispositif de caractérisation d'échantillons de DeNOx comprend un système de maintien en position, dans lequel les échantillons sont placés de préférence verticalement dans des porte-échantillons 3. Le barillet 2 du dispositif de caractérisation d'échantillons de filtres à particules comprend un double plateau de support, dans lequel les échantillons sont placés de préférence horizontalement dans des porte-échantillons 3, ainsi qu'un système de maintien en position We will now describe the main elements constituting a device for characterizing samples of particle filters or DeNOx according to the invention. Such a device comprises a carousel 1 having at least N positions (N> _1), for example six positions, comprising: - a rotary barrel 2 having six positions, in which are loaded six samples to be tested, - an axis 4 of the barrel 2 a sensor capable of indexing the barrel 2, and a sensor for detecting the presence of a sample. The barrel 2 of the DeNOx sample characterization device comprises a holding system in position, in which the samples are preferably placed vertically in sample holders 3. The cylinder 2 of the device for characterizing samples of particle filters comprises a double support plate, in which the samples are preferably placed horizontally in sample holders 3, as well as a holding system in position
Chaque échantillon est mis en place manuellement par un opérateur 10 dans l'un des porte-échantillons 3 du barillet 2. Pour le banc de tests de filtres à particules, chaque échantillon étant solidaire de son porte-échantillons 3, l'opérateur monte en outre un adaptateur 20 à portées hémisphériques et un joint en graphite par boulonnage au niveau de chaque extrémité du porte-échantillons 3 avant de 15 le placer ainsi équipé dans le barillet 2. Pour le banc de tests de DeNOx, un porte-échantillons 3 comprend un support pour un échantillon, dont le diamètre et le volume intérieur lui permettent de contenir les types d'échantillons testés, et dont la forme extérieure est modifiée par rapport à l'état de l'art afin de satisfaire les 20 contraintes de tenue en position sur le porte-échantillons 3 et de saisir par un élément de manipulation du dispositif selon l'invention. Le barillet 2 est ensuite chargé sur le poste de tests, et l'opérateur peut programmer et lancer la séquence automatique d'essais. Des moyens de manipulation saisissent alors successivement, grâce à 25 la rotation du barillet 2 autours de son axe 4 selon ses 6 positions, tous les porte-échantillons 3 présents dans le barillet 2, afin de les charger sur le poste de tests. Ce moyen de manipulation comprend : - un support 5 de manipulation, réalisé par exemple à partir de profilés 30 en aluminium, - une pince de préhension 6, pneumatique ou hydraulique, -7- - un support 7 de pince flottant, apte à compenser les défauts d'alignement dus à des moyens de maintien en position et d'étanchéification, - un bras 8 de préhension. Le bras 8 de préhension du banc d'essai de DeNOx comprend de préférence deux unités 9a et 9b de translation verticale, et une unité 9c de translation horizontale. Les unités 9a et 9b de translation verticale saisissent un porte-échantillons 3 dans le barillet 2 (unité 9a) pour le transférer et le déposer (unité 9b) dans la machine qui va effectuer le(s) test(s), dans l'axe de l'arrivée des gaz 15, tandis que l'unité de translation horizontale 9c transfère le porte-échantillons 3 entre le barillet 2 et le banc de tests. Ces unités de translation sont par exemple pneumatiques ou hydrauliques. Le bras de préhension 8 du banc d'essais de filtres à particules comprend de préférence une unité 10 de rotation supportant un bras de préhension, et une unité 11 de translation. L'unité 10 de rotation permet par rotation du bras de préhension, la prise d'un porte-échantillons 3 dans le barillet 2, et son placement dans l'axe de la veine gazeuse du banc de test, tandis que l'unité 11 de translation assure la mise en place du porte-échantillons 3 lors de la phase de maintien en position et d'étanchéification. A nouveau, l'unité 11 de translation peut être pneumatique ou hydraulique. Each sample is set up manually by an operator 10 in one of the sample holders 3 of the cylinder 2. For the particle filter test bench, each sample being secured to its sample holder 3, the operator goes up to in addition to an adapter 20 with hemispherical bearings and a graphite gasket by bolting at each end of the sample holder 3 before placing it thus equipped in the barrel 2. For the DeNOx test bench, a sample holder 3 comprises a support for a sample, whose diameter and internal volume allow it to contain the types of samples tested, and whose outer shape is modified with respect to the state of the art in order to meet the holding requirements. position on the sample holder 3 and enter by a handling element of the device according to the invention. The cylinder 2 is then loaded on the test station, and the operator can program and start the automatic test sequence. Manipulating means then seize successively, thanks to the rotation of the barrel 2 around its axis 4 in its 6 positions, all the sample holders 3 present in the barrel 2, in order to load them on the test station. This handling means comprises: a handling support 5 made for example from aluminum profiles 30, a pneumatic or hydraulic gripping pliers 6, a floating gripper support 7 capable of compensating for misalignment due to means for holding in position and sealing, - an arm 8 gripping. The gripping arm 8 of the DeNOx test bench preferably comprises two units 9a and 9b of vertical translation, and a unit 9c of horizontal translation. The units 9a and 9b of vertical translation enter a sample holder 3 in the barrel 2 (unit 9a) to transfer and deposit it (unit 9b) in the machine that will perform the test (s), in the axis of the arrival of the gases 15, while the horizontal translation unit 9c transfers the sample holder 3 between the barrel 2 and the test bench. These translation units are for example pneumatic or hydraulic. The gripper arm 8 of the particle filter test bench preferably comprises a rotation unit 10 supporting a gripping arm, and a translation unit 11. The rotation unit 10 allows, by rotation of the gripping arm, the taking of a sample holder 3 in the barrel 2, and its placement in the axis of the gaseous vein of the test bench, while the unit 11 translation ensures the introduction of the sample holder 3 during the phase of maintenance in position and sealing. Again, the translation unit 11 can be pneumatic or hydraulic.
Par ailleurs, afin de maintenir en position et/ou d'assurer l'étanchéité du dispositif, on prévoit également un système de bridage, par exemple pneumatique ou hydraulique, qui peut comprendre deux vérins 12, deux rails de guidage 13, une plaque 14 équipée de patins à guidage à billes. Furthermore, in order to maintain in position and / or to ensure the tightness of the device, a clamping system is also provided, for example pneumatic or hydraulic, which may comprise two jacks 12, two guide rails 13, a plate 14 equipped with ball guide pads.
Enfin, le dispositif comprend un sous-ensemble pneumatique et/ou hydraulique permettant de mettre en oeuvre les unités de translation, de préhension et les vérins. Dans le cas d'un sous-ensemble pneumatique par exemple, celui-ci comprend une platine de traitement d'air, un îlot de distributeurs pour la pince et le moyen de manipulation, et une électrovanne gros débit pour le bridage des échantillons. -8- On prévoit également, pour des questions de sécurité, un carter de protection autour des bancs d'essais, notamment de DeNOx, par exemple un carter réalisé à partir de profilés en aluminium et de panneaux à haute résistance thermique et aux effets atmosphériques (du type des panneaux en matériaux cellulaire, du type Makrolon ). Une porte, dont l'ouverture est protégée le cas échéant par un capteur de sécurité verrouillable, est alors prévue pour le chargement des porte-échantillons 3. On peut ainsi empêcher les opérateurs d'accéder aux pièces en mouvement pendant le déroulement des essais, les portes d'accès étant automatiquement condamnées par l'automate. Par ailleurs, une circulation d'air à l'intérieur du carter vers l'extraction des gaz permet d'éviter l'accumulation des gaz en cas de fuite sur le banc. Finally, the device comprises a pneumatic and / or hydraulic subassembly for implementing the translation units, gripping and cylinders. In the case of a pneumatic subassembly, for example, it comprises an air treatment stage, a valve island for the clamp and the handling means, and a large flow solenoid valve for clamping the samples. It is also expected, for safety reasons, a protective casing around the test benches, including DeNOx, for example a casing made from aluminum profiles and panels with high thermal resistance and atmospheric effects. (Of the type of panels made of cellular material, of the Makrolon type). A door, whose opening is protected if necessary by a lockable safety sensor, is then provided for the loading of the sample holders 3. It is thus possible to prevent the operators from accessing the moving parts during the course of the tests, the access doors being automatically locked by the PLC. Furthermore, a circulation of air inside the housing to the extraction of gases avoids the accumulation of gases in case of leakage on the bench.
Lorsque la séquence automatique d'essais est lancée par l'opérateur, tous les échantillons présents dans le barillet 2 sont testés successivement selon tous les types d'essais disponibles sur le banc concerné, et ce grâce au sous-ensemble de commande électrique. Chaque type d'essai peut par ailleurs être répété plusieurs fois, et l'enchaînement des essais est réalisé automatiquement : l'opérateur peut ainsi saisir des informations relatives aux échantillons, aux essais souhaités et à leur répétition éventuelle. Cette automatisation soulage ainsi la charge de travail du laboratoire, qui peut réaliser les essais de nuit ou en jours non ouvrables. On optimise ainsi l'utilisation des bancs d'essais, en augmentant leur productivité, leur capacité d'essais et la qualité de la caractérisation des organes de dépollution, mais également en facilitant la gestion des essais grâce à une plus grande flexibilité des bancs (longueur des essais, répétabilité, etc.). Par ailleurs, les moyens mis en oeuvre sont de faible coût et permettent d'améliorer notablement la gestion des ressources, davantage de temps pouvant être consacré au post-traitement des résultats des essais.30 -9- Enfin, on prévoit que la rotation du barillet 2 puisse être effectuée manuellement par l'opérateur. On munit pour cela le dispositif de commande de pilotage d'une sortie, par exemple un bouton de commande. Cependant, pour des questions de sécurité et pour éviter toute interruption d'un cycle d'essais, le dispositif de commande de pilotage n'autorise l'actionnement de cette sortie qu'à la condition où, d'une part, la température des porte-échantillons 3 est inférieure à une température seuil (par exemple 150 C), et d'autre part, la porte du carter est fermée. La gestion de la sécurité de la porte est de plus réalisée par l'automate, qui peut détecter plusieurs types de défauts (tels qu'un ordre incohérent, etc.) et interrompre le procédé. -10- When the automatic test sequence is started by the operator, all the samples present in the barrel 2 are tested successively according to all the types of tests available on the bench concerned, thanks to the electric control subassembly. Each type of test can also be repeated several times, and the sequence of tests is carried out automatically: the operator can thus enter information relating to the samples, the desired tests and their possible repetition. This automation thus relieves the workload of the laboratory, which can perform tests at night or in non-working days. This optimizes the use of test benches by increasing their productivity, their test capacity and the quality of the characterization of the pollution control devices, but also by facilitating the management of the tests thanks to the greater flexibility of the banks ( length of tests, repeatability, etc.). Moreover, the means implemented are of low cost and can significantly improve the management of resources, more time being able to be devoted to the post-processing of test results.30 -9- Finally, it is expected that the rotation of the barrel 2 can be performed manually by the operator. For this purpose, the control device for controlling an output, for example a control button, is provided. However, for security reasons and to avoid any interruption of a test cycle, the piloting control device authorizes the actuation of this output only if, on the one hand, the temperature of the sample holder 3 is below a threshold temperature (for example 150 C), and secondly, the door of the housing is closed. The security management of the door is also carried out by the PLC, which can detect several types of defects (such as an inconsistent order, etc.) and interrupt the process. -10-
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