FR3061614A1 - Procede de pilotage d'une visseuse electrique a impulsions en fonction de la frequence instantanee de rotation de son moteur, et dispositif correspondant - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de pilotage d'un dispositif de vissage discontinu comprenant un moteur électrique dont le rotor est relié à un organe terminal susceptible d'être entrainé en rotation, ledit moteur étant alimenté par des impulsions de tension successives. Selon l'invention, une tel procédé comprend une étape de détermination de la tension d'alimentation instantanée du moteur durant chacune desdites impulsions comprenant au moins les étapes suivantes : - une première étape de mesure en temps réel de la fréquence instantanée de rotation dudit rotor, - une seconde étape consistant à déterminer une composante de la tension de ladite impulsion, ladite composante dépendant de ladite fréquence instantanée de rotation, - une troisième étape de détermination en temps réel, de la tension de ladite impulsion intégrant ladite valeur de tension dépendante de la fréquence instantanée de rotation dudit rotor.
Description
© Titulaire(s) : ETABLISSEMENTS GEORGES
RENAULT Société par actions simplifiée.
O Demande(s) d’extension :
© Mandataire(s) : CABINET PATRICE VIDON.
(54) PROCEDE DE PILOTAGE D'UNE VISSEUSE ELECTRIQUE A IMPULSIONS EN FONCTION DE LA FREQUENCE INSTANTANEE DE ROTATION DE SON MOTEUR, ET DISPOSITIF CORRESPONDANT.
FR 3 061 614 - A1
La présente invention concerne un procédé de pilotage d'un dispositif de vissage discontinu comprenant un moteur électrique dont le rotor est relié à un organe terminal susceptible d'être entraîné en rotation, ledit moteur étant alimenté par des impulsions de tension successives.
Selon l'invention, une tel procédé comprend une étape de détermination de la tension d'alimentation instantanée du moteur durant chacune desdites impulsions comprenant au moins les étapes suivantes:
- une première étape de mesure en temps réel de la fréquence instantanée de rotation dudit rotor,
- une seconde étape consistant à déterminer une composante de la tension de ladite impulsion, ladite composante dépendant de ladite fréquence instantanée de rotation,
- une troisième étape de détermination en temps réel, de la tension de ladite impulsion intégrant ladite valeur de tension dépendante de la fréquence instantanée de rotation dudit rotor.
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Procédé de pilotage d'une visseuse électrique à impulsions en fonction de la fréquence instantanée de rotation de son moteur, et dispositif correspondant
1. Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la fabrication des visseuses électriques à impulsions, ainsi que celui des procédés de pilotage de telles visseuses.
2. Art antérieur
Des dispositifs de vissage, ou visseuses, sont couramment utilisés dans divers secteurs industriels, comme par exemple la construction automobile, pour réaliser le serrage d'assemblages.
On connaît essentiellement deux types de dispositifs de vissage électriques, à savoir :
les dispositifs de vissage à serrage continu, et les dispositifs de vissage discontinu à impulsions.
Ces deux types de dispositifs de vissage, qui présentent des architectures mécaniques assez semblables, se distinguent essentiellement par leur mode d'alimentation électrique.
Au cours d'une opération de vissage à serrage continu, les dispositifs de vissage à serrage continu sont alimentés en permanence par une tension électrique, constante ou non, jusqu'à atteindre le couple de serrage souhaité.
Au cours d'une opération de vissage à serrage par impulsions, les dispositifs de vissage à impulsions sont alimentés par des impulsions de tension électrique successives jusqu'à atteindre le couple de serrage souhaité. L'alimentation de leur moteur est ainsi réalisée de façon discontinue pour générer des impulsions de couple successives sur la vis plutôt qu'une montée en couple longue et continue. Ceci permet de diminuer le couple de réaction de l’outil perçu par l'opérateur.
La présente invention concerne tout particulièrement les dispositifs de vissage à impulsions qui vont à présent être décrits plus en détail. De tels dispositifs de vissage sont par exemple décrit dans le document de brevet portant le numéro WO-A1-2012143532 déposé par la demanderesse.
Les dispositifs de vissage électriques à impulsions (ou visseuses électriques à impulsions) comprennent une transmission, entre le moteur et l'organe terminal rotatif susceptible d'entraîner une vis, qui présente classiquement un jeu de fonctionnement. Au cours d'une phase de vissage, le moteur est alimenté successivement par des impulsions électriques. A chaque impulsion électrique, le rotor du moteur accélère, et rattrape le jeu dans la transmission dans le sens du vissage. Une fois ce jeu rattrapé, un impact se produit dans la transmission. Le rotor transmet ainsi une impulsion de couple à la vis coopérant avec l'organe terminal et entraîne celle-ci en rotation. Le rotor rebondit alors contre la transmission et recule vers une position de recul maximum dans laquelle le jeu de la transmission est rattrapé dans le sens inverse du sens de vissage.
Au cours d'une phase de vissage, plusieurs cycles d'impact sont mis en œuvre de manière répétée selon une fréquence donnée jusqu'à ce que la vis soit serrée au couple de serrage souhaité.
En référence à la figure 1, qui illustre les caractéristiques d'une impulsion en termes de commande électrique, de fréquence de rotation du moteur et de couple électromagnétique délivré par la visseuse, chaque cycle d'impact comprend :
étape 1 : une impulsion électrique d'alimentation du moteur induisant une accélération libre du rotor au cours de laquelle celui-ci rattrape le jeu dans la transmission dans le sens du vissage ;
étape 2 : un impact du rotor dans la transmission au cours duquel une impulsion de couple est transmise à l'organe terminal une fois le jeu rattrapé ;
étape 3 : une réinitialisation du système grâce au rebond naturel du rotor induisant un retour de celui-ci vers sa position de recul maximal par rattrapage du jeu dans le sens du dévissage.
Le rotor est donc mobile entre :
une position de recul maximal dans laquelle le jeu dans la transmission est maximal dans le sens du vissage, cette position étant obtenue lorsque l'arbre de sortie et la poignée de la visseuse étant immobiles, le rotor du moteur, à l'issue d'une rotation dans le sens inverse du vissage, est immobilisé en butée sur la transmission, le jeu de cette dernière ayant été rattrapé dans le sens du dévissage, et une position d'impact dans laquelle le jeu est rattrapé dans le sens du vissage, cette position étant obtenue lorsque l'arbre de sortie et la poignée de la visseuse étant immobiles, le rotor du moteur, à l'issue d'une rotation dans le sens du vissage, est immobilisé en butée sur la transmission, le jeu de cette dernière ayant été rattrapé dans le sens du vissage.
Lors de son passage de sa position de recul maximal à sa position d'impact, le rotor emmagasine de l'énergie cinétique alors qu'il accélère pour rattraper le jeu dans la transmission. Une fois ce jeu rattrapé, le rotor transmet, durant une impulsion de couple, cette énergie cinétique à la vis via la transmission.
Nous nous intéressons ici plus particulièrement à l'étape 1 au cours de laquelle on cherche à accumuler de l'énergie qui sera en partie transmise à la vis sous forme d’énergie potentielle de serrage au moment de l'impact.
L'énergie potentielle mécanique est donnée par la formule simplifiée :
Em = |ίω2
Avec :
J : l'inertie des corps en mouvement (rotor + transmission) ω : fréquence de rotation du rotor du moteur suivant son axe longitudinal
Lors d’un vissage à impulsions, la phase d'accélération à chaque impulsion doit être très forte compte tenu de la course d'accélération angulaire disponible. Il convient donc d'exploiter au mieux les capacités d'accélération du moteur et de son alimentation électrique.
Dans un dispositif de vissage continu, ce besoin de forte accélération n'existe pas.
Les dispositifs de vissage électriques à impulsions mettent en œuvre un mode pilotage dit en « boucle ouverte » durant la phase d'accélération du rotor qui s'appuie à chaque cycle d'impact sur une consigne de tension d’alimentation à partir d'un « gabarit » prédéterminé de consigne de tension d'alimentation en fonction du temps. Un tel gabarit permet d'ajuster la tension d'alimentation durant la phase d'accélération. Il ne tient cependant pas compte de ses effets sur la fréquence de rotation réelle (ou instantanée) du moteur. Un tel gabarit est constitué d'un tableau de correspondance associant une pluralité de couple de tensions d'alimentation et d'instants.
Ce gabarit est déterminé en laboratoire pour un dispositif de vissage type et pour une opération de vissage donnée. Il est ensuite enregistré dans le contrôleur qui assure le pilotage de la visseuse et utilisé en production pour piloter l'alimentation du moteur au cours du temps pour réaliser l'opération de vissage prédéterminée.
La figure 2 illustre :
un exemple d'un tel gabarit qui représente la tension d'alimentation du moteur en fonction du temps (gabarit de tension).
l’évolution du courant consommé par le moteur en fonction du temps, et la variation de la fréquence de rotation du moteur au cours d'une impulsion d'alimentation électrique.
Sur cette figure 2, on observe :
que la tension d'alimentation est constante à tout instant de l’impulsion d'alimentation électrique ;
un pic de courant lors du démarrage du moteur puis une diminution progressive du courant durant l'accélération du moteur.
une diminution de la pente de la fréquence de rotation durant l'impulsion électrique autrement dit une diminution de l’accélération (courbe de fréquence de rotation légèrement incurvée avec diminution du coefficient directeur au cours du temps).
Les raisons de cette diminution de l’accélération au cours de l'impulsion électrique sont les suivantes.
L'ensemble formé par le dispositif de vissage et son contrôleur, appelé système de vissage, est limité par conception dans sa capacité à transmettre un courant maximum, par exemple égal à 75 Ampères. Le dépassement de ce courant maximum engendre un blocage du contrôleur nécessitant l'intervention d'un technicien de maintenance pour être débloqué, ceci afin de préserver le dispositif de vissage.
Ainsi, l'amplitude de la tension d'alimentation à basse fréquence de rotation (démarrage) est limitée par ce courant maximum admissible selon la loi d'ohm Umax = R . Imax, Umax étant la tension d'alimentation maximal admissible, lmax étant le courant maximum admissible et R étant la résistance du système formé par le dispositif de vissage et son contrôleur.
Le gabarit de consigne de tension est donc limité par cette amplitude maximale admissible.
Or lorsque la fréquence de rotation du rotor augmente, le moteur génère une tension appelée force contre électromotrice, dont la valeur est proportionnelle à sa fréquence de rotation, cette force contre électromotrice vient se retrancher à la tension d'alimentation du moteur. La tension utile tend donc à diminuer au cours de l'impulsion électrique, il en résulte une diminution du courant consommé par le moteur tel que constaté sur le graphe et par conséquent une diminution du couple électromagnétique instantané.
Ceci limite donc fortement la fréquence de rotation atteignable par le moteur en fin d'impulsion électrique et donc l'énergie cinétique que le contrôleur peut fournir au dispositif de vissage pendant une impulsion lorsque la fréquence de rotation augmente.
Or la limitation de cette énergie cinétique transmissible à la vis limite la puissance de serrage de la visseuse et ceci ne peut que difficilement être compensé par une augmentation de la course angulaire d'accélération qui elle-même est limitée par le jeu dans la réduction ou de manière générale par le jeu dans la chaîne cinématique entre le moteur et la vis.
Pour pallier ces inconvénients de l'état de l'art consistant à appliquer une consigne de tension constante durant l'impulsion d'alimentation électrique et résultant de :
la limitation du courant maximum ;
la diminution de la tension utile découlant de l'accroissement de la force contre électromotrice durant l'impulsion électrique un gabarit de tension, non plus constante, mais variable dans le temps a été développé. Un tel gabarit est illustré sur la figure 3.
Ainsi que cela apparaît, le gabarit de tension présente une valeur initiale faible qui augmente par la suite au cours du temps.
On constate qu'avec cette forme de gabarit :
du fait de la faible valeur initiale de la tension d'alimentation, le pic de courant au démarrage est moins important : on évite ainsi le dépassement du courant maximum admissible par le contrôleur et le blocage de celui-ci au démarrage ; l'augmentation progressive de la tension d'alimentation après la phase de démarrage permet en grande partie de compenser l'augmentation de la force contre électromotrice avec la fréquence de rotation et l’obtention d'un courant plus constant durant le temps d'alimentation du moteur.
Par conséquent, la mise en œuvre d'un gabarit de tension d'alimentation variable au cours du temps a pour effet de générer un couple électromagnétique plus constant, une accélération plus stable du moteur qui ne diminue pas lorsque la fréquence de rotation de celui-ci augmente et de permettre d'atteindre un couple électromagnétique plus élevé pendant plus longtemps sans risque de blocage du contrôleur.
Selon un autre aspect, et suivant l'élasticité de l'assemblage et le niveau de couple objectif, il peut être utile de moduler le niveau d'énergie cinétique à la fin de l’impulsion électrique et donc avant l'impact. Pour cela, le gabarit est établi pour l'application demandant l'impulsion la plus puissante et un coefficient modérateur (appelé « puise amplitude ») est appliqué à ce gabarit de base pour les applications requérant une puissance de vissage moindre, c'est-à-dire pour les assemblages présentant une faible élasticité et requérant un bas couple de vissage. Par exemple, si la situation d’utilisation requiert 60% de la puissance du gabarit de base, on réalisera une homothétie à 60% du gabarit de base.
En conséquence, la formule permettant de déterminer la tension appliquée à un instant (t) est :
U(t) = TabGabarit[t]x.PulseAmplitude
Avec :
U(t) : la tension appliquée à l'instant (t)
TabGabarit[t] : un tableau qui contient l'ensemble des points du gabarit souhaité et que l'on index en fonction de l'instant (t)
PulseAmplitude : un coefficient d'amplitude allant de 0 à 1.
Un gabarit à environ 60% du gabarit de base illustré à la figure 3 est représenté sur la figure 4. On constate sur cette figure que la mise en œuvre d'homothéties ne permet pas de conserver sensiblement constante le courant consommé par le moteur au cours d'une impulsion. L'homothétie ne permet donc pas d'obtenir un couple constant du moteur et une accélération stable qui ne diminue pas lorsque la fréquence de rotation du moteur augmente.
Ainsi, en dehors du cas du gabarit de base, les gabarits établis en tenant compte de l'évolution au cours du temps de la tension d'alimentation du moteur ne permettent pas d'éviter la diminution de la tension réellement utile pour le moteur, de compenser en conséquence la diminution du courant appliqué au moteur, la diminution du couple électromagnétique et donc la diminution de l'accélération rotorique.
Une simple variation de la consigne de tension d'alimentation en fonction du temps n'est pas suffisante car cela ne fonctionne que pour un cas donné (celui ayant servi à l'établissement du gabarit de base) et ne couvre pas l'ensemble des autres cas d'utilisation possibles pour lesquels le gabarit de base est adapté par homothétie.
La figure 5 illustre la variation en fonction du temps du courant consommé par le moteur et de la fréquence de rotation du rotor lors de la mise en œuvre du gabarit de la figure 3 dans une situation selon laquelle le rotor du moteur est bloqué avant la fin d'une impulsion (la fréquence de rotation chute avant la fin de l’impulsion de tension d'alimentation). Ce blocage du rotor du moteur peut arriver lorsque le jeu disponible dans la transmission pour l'accélération libre de rotor a été prématurément résorbé ceci avant que l'impulsion d'alimentation du moteur ne soit achevée.
On observe dans ce cas une très forte augmentation de l'intensité consommée par le moteur au moment où la fréquence de rotation du moteur chute du fait du blocage subit par le moteur. La tension utile pour le moteur est trop importante par rapport à sa fréquence de rotation et le courant augmente en conséquence au-delà des limites acceptables par le système. Cela peut entraîner un défaut du à un dépassement du courant maximum admissible par le système qui arrête le vissage et déclenche une sécurité qui bloque le contrôleur, ce qui n'est pas acceptable dans le milieu du vissage industriel car cela entache la productivité.
L’utilisation d'un gabait de tension d'alimentation en fonction du temps selon l'art antérieur ne permet en conséquence pas de piloter efficacement un même type de dispositif de vissage selon différente situation d'utilisation et ne permet pas de faire face aux anomalies pouvant survenir au cours d'une opération de vissage (blocage du rotor, passage d'un point dur dans l'assemblage...) sans entraîner le blocage du contrôleur, ce qui est inacceptable sur le plan industriel dans la mesure où le déblocage du contrôleur suppose l'intervention d'un technicien de maintenance et est chronophage.
Le pilotage des dispositifs de vissage électriques à impulsions peut donc encore être amélioré.
3. Objectifs de l’invention
L'invention a notamment pour objectif d'apporter une solution efficace à au moins certains de ces différents problèmes.
En particulier, selon au moins un mode de réalisation, un objectif de l'invention est d'optimiser le fonctionnement du moteur d'un dispositif de vissage électrique discontinu à impulsions.
Notamment, l'invention a pour objectif, selon au moins un mode de réalisation, de permettre au moteur de produire un couple électromagnétique sensiblement constant tout au long de chaque impulsion de tension d'alimentation.
Un autre objectif de l’invention est, selon au moins un mode de réalisation, de permettre au moteur de produire un couple électromagnétique élevé sans induire de risque de dépassement du courant maximum admissible par le système de vissage.
L'invention poursuit également l'objectif, dans au moins un mode de réalisation, de faire face aux anomalies de fonctionnement sans induire une interruption de fonctionnement du système de vissage et notamment sans générer de surintensité en cas de continuation de l'alimentation électrique alors que le jeu dans la chaîne cinématique est résorbé.
Un autre objectif de l'invention est, dans au moins un mode de réalisation, d'adapter un gabarit de base à une autre situation d'utilisation par le principe des homothéties sans dégradation du niveau de performance.
4. Présentation de l'invention
Pour ceci, l'invention propose un procédé de pilotage d'un dispositif de vissage discontinu comprenant un moteur électrique dont le rotor est relié à un organe terminal susceptible d’être entraîné en rotation, ledit moteur étant alimenté par des impulsions de tension d'alimentation successives.
Selon l'invention, un tel procédé comprend une étape de détermination de la tension d'alimentation instantanée dudit moteur durant chacune desdites impulsions de tension d'alimentation comprenant au moins les étapes suivantes :
une première étape de mesure en temps réel de la fréquence instantanée de rotation dudit rotor, et une seconde étape consistant à déterminer une composante de la tension de ladite impulsion de tension d'alimentation, ladite composante dépendant de ladite fréquence instantanée de rotation ;
une troisième étape de détermination en temps réel, de la tension de ladite impulsion de tension d'alimentation intégrant ladite valeur de tension dépendante de la fréquence instantané de rotation dudit rotor.
Ainsi, selon cet aspect, l'invention consiste à déterminer la tension de chaque impulsion de tension d'alimentation du moteur d’un dispositif de vissage à serrage discontinu en incorporant dans cette tension une composante dont la valeur dépend de la fréquence de rotation du rotor du moteur.
La prise en considération de la fréquence de rotation du rotor pour déterminer la tension de chaque impulsion de tension d’alimentation permet de compenser la force contre électromotrice qui augmente avec la fréquence de rotation du moteur et qui vient se retrancher à la tension consommée par le moteur pour générer le couple électromagnétique.
L'invention permet ainsi l'obtention d'un courant plus constant durant le temps d'alimentation du moteur, ce qui prévient la diminution du couple électromagnétique et de la l'accélération du rotor.
L'invention permet encore, en faisant varier la tension des impulsions de tension d'alimentation en fonction de la fréquence de rotation du moteur, de produire un couple électromagnétique élevé sans induire de risque de dépassement du courant maximum admissible par le système de vissage. En effet, la tension des impulsions de tension d'alimentation peut être suffisamment faible au démarrage pour ne pas provoquer le dépassement de la valeur maximum du courant admissible par le système, puis augmenter progressivement avec la fréquence de rotation du rotor de sorte à compenser la perte de couple électromagnétique due à l'augmentation de cette fréquence de rotation et ainsi garantir l'atteinte d'un niveau de couple électromagnétique élevé.
L'invention permet ainsi d'optimiser le fonctionnement du moteur d'un dispositif de vissage électrique discontinu à impulsions.
Selon une caractéristique possible avantageuse, ladite composante est sélectionnée, en fonction de ladite fréquence instantanée de rotation, dans un ensemble de valeurs de tension prédéterminée.
Dans ce cas, des essais en laboratoire seront menés pour déterminer, pour différents types de dispositif de vissage destinés à être mis en œuvre pour réaliser différents types d'opération de vissage, des valeurs de la composante permettant de compenser, pour différentes fréquence de rotation du rotor, la perte de couple électromagnétique due à l'augmentation de la fréquence de rotation du rotor, pour chaque type d’opération de vissage ou pour celui requérant le plus d'énergie. Ces données pourront être enregistrées dans les dispositifs de vissage et sélectionnées lors du paramétrage du dispositif de vissage en fonction de son type et du type de l'opération de vissage à accomplir préalablement à sa mise en production.
Selon une autre caractéristique possible avantageuse, ladite composante est déterminée comme étant égale au produit de ladite fréquence instantanée de rotation par un coefficient prédéterminé.
Dans ce cas, plutôt que d'être sélectionnée, la valeur de la composante sera calculée en temps réel.
Selon une caractéristique possible avantageuse, la tension de chacune desdites impulsions de tension d’alimentation correspond à la somme :
d'un premier membre correspondant à une tension d'alimentation constante théorique prédéterminée multiplié par un coefficient d'amplitude d'impulsion, et, d'un deuxième membre correspondant à ladite composante dépendante de la fréquence instantanée de rotation dudit rotor.
La tension de chaque impulsion de tension d'alimentation correspond alors à la somme d'une tension d'alimentation constante théorique nécessaire pour atteindre une fréquence de rotation prédéterminée au moment du démarrage du moteur, et de la composante dépendant de la fréquence de rotation. Cette composante permet de compenser l'augmentation, avec la fréquence de rotation du rotor, de la tension générée par la force contre-électromotrice, et d'obtenir un courant et donc un couple électromagnétique plus constant durant le temps d'alimentation du moteur.
La valeur de tension théorique du premier membre sera multipliée par un coefficient d'amplitude d'impulsion, qui pourra préférentiellement varier entre 0 et 1.
Il sera alors possible de déterminer en laboratoire, pour un type de dispositif de vissage donné, une unique valeur de tension d'alimentation constante théorique pour le type d'opération de vissage requérant le plus de puissance. Pour adapter cette valeur théorique à une opération requérant moins de puissance, on multipliera la valeur théorique du cas le plus contraignant par le coefficient d'amplitude. Ainsi, si l'opération de vissage à réaliser ne requiert que 80% de la puissance requise pour l'opération de vissage la plus contraignante, le coefficient d'amplitude sera égal à 0,8.
Le fait d'appliquer ce coefficient d'amplitude seulement sur le premier membre constant et non sur le second membre variable en fonction de la fréquence de rotation du rotor, permet de garantir, quel que soit le type d'opération de vissage, une intensité constante consommée par le moteur et le maintien du couple électromagnétique.
Préférentiellement, ladite tension d'alimentation constante théorique prédéterminée est égale au produit d'une valeur de courant électrique prédéterminée multipliée par la résistance électrique du dispositif de vissage.
Préférentiellement, ledit second membre est une valeur de tension égale au produit de ladite fréquence instantanée de rotation dudit rotor par le coefficient de tension contre-électromotrice dudit moteur.
Selon une caractéristique préférentielle possible, ledit second membre tient compte de données stockées sous la forme d'un tableau de correspondance associant une pluralité de couple de valeurs de tension d'alimentation et de fréquence de rotation dudit rotor.
L'exécution du procédé est alors plus rapide dans la mesure où celui-ci fait appel à des données enregistrées plutôt que de réaliser des calculs pour déterminer le second membre.
Selon une caractéristique avantageuse possible, un procédé selon l'invention comprend une étape de détection d'une anomalie de fonctionnement, et une étape de correction de la tension desdites impulsions de tension d'alimentation dudit moteur consécutivement à la détection d'une anomalie de fonctionnement.
Au cours d'une opération de vissage, ou de dévissage, des anomalies peuvent survenir : il peut notamment arriver que le rotor soit bloqué lorsque le jeu dans la transmission est résorbé avant la fin de l'impulsion de tension d'alimentation électrique du moteur. Ceci pourrait engendrer un dépassement de la valeur d'intensité maximale admissible par le dispositif de vissage et conduire au blocage de celui-ci.
Pour y remédier, la technique selon l'invention propose de détecter la survenue d'une anomalie et de corriger en conséquence de la tension des impulsons d'alimentation du moteur pour maintenir l'intensité en dessous de la valeur maximale admissible par le dispositif de vissage. On évite ainsi son blocage et celui de la chaîne de production et l'intervention d'un technicien de maintenance pour de rendre de nouveau opérationnel.
Dans ce cas, ladite étape de détection d'une anomalie de fonctionnement comprend préférentiellement :
une étape de mesure de l'intensité électrique consommée par ledit moteur ;
une étape de comparaison de la valeur mesurée de ladite intensité électrique consommée par ledit moteur avec une valeur seuil prédéterminée ;
une étape de diminution de ladite tension desdites impulsions de tension d'alimentation dudit moteur lorsque ladite valeur mesurée de ladite intensité consommée par ledit moteur devient supérieure ou égale à ladite valeur seuil.
Selon une variante préférentielle, ladite étape de diminution de ladite tension desdites impulsions de tension d'alimentation dudit moteur consiste à réduire ledit premier membre de ladite tension desdites impulsions de tension d'alimentation.
Ceci permet d'éviter efficacement le dépassement de la valeur d'intensité maximale admissible par le dispositif de vissage.
Selon une autre variante préférentielle, ladite étape de diminution de ladite tension desdites impulsions de tension d'alimentation dudit moteur consiste à réduire la somme du produit dudit premier membre par ledit coefficient d'amplitude et dudit deuxième membre.
Ceci permet d'éviter de manière encore plus rapide le dépassement de la valeur d'intensité maximale admissible par le dispositif de vissage.
L'invention concerne également un système de vissage discontinu comprenant un moteur électrique dont le rotor est relié à un organe terminal susceptible d'être entraîné en rotation, et des moyens d'alimentation dudit moteur par des impulsions de tension d'alimentation successives.
Un tel système comprend des moyens de détermination de la tension d'alimentation instantanée du moteur durant chacune desdites impulsions de tension d'alimentation qui comprennent au moins :
des moyens de mesure en temps réel de la fréquence instantanée de rotation dudit rotor, et des moyens de détermination d'une composante de la tension de ladite impulsion de tension d’alimentation, ladite composante dépendant de ladite fréquence instantanée de rotation ;
des moyens de détermination, en temps réel, de la tension de ladite impulsion de tension d'alimentation intégrant ladite valeur de tension dépendante de la fréquence instantanée de rotation dudit rotor.
Selon une caractéristique possible avantageuse, lesdits moyens de détermination en temps réel de la tension de ladite impulsion de tension d'alimentation comprennent des moyens de calcul de la somme :
d'un premier membre correspondant à une tension d'alimentation constante théorique prédéterminée multipliée par un coefficient d'amplitude d'impulsion, et, d'un deuxième membre correspondant à ladite composante dépendante de la fréquence instantanée de rotation dudit rotor.
Selon une caractéristique possible avantageuse, un système selon l'invention comprend des moyens de détection d'une anomalie de fonctionnement, et des moyens de correction de la tension desdites impulsons d'alimentation dudit moteur consécutivement à la détection d’une anomalie de fonctionnement.
Dans ce cas, lesdits moyens de détection d'une anomalie de fonctionnement comprennent préférentiellement :
des moyens de mesure de l'intensité électrique consommée par ledit moteur ;
des moyens de comparaison de la valeur mesurée de ladite intensité électrique consommée par ledit moteur avec une valeur seuil prédéterminée ;
des moyens de diminution de la tension de ladite impulsion de tension d'alimentation dudit moteur lorsque ladite valeur mesurée de ladite intensité consommée par ledit moteur devient supérieure ou égale à ladite valeur seuil.
Selon une caractéristique possible avantageuse, lesdits moyens de diminution de la tension de desdites impulsions de tension d'alimentation dudit moteur réduisent ledit premier membre de ladite tension d'alimentation.
Selon une autre caractéristique possible avantageuse, lesdits moyens de diminution de tension desdites impulsions de tension d’alimentation dudit moteur réduisent la somme du produit dudit premier membre par ledit coefficient d'amplitude et dudit deuxième membre.
L'invention concerne également un produit programme d’ordinateur, comprenant des instructions de code de programme pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'une quelconque des variantes ci-dessus, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
L'invention concerne également un médium de stockage lisible par ordinateur et non transitoire, stockant un produit programme d'ordinateur selon la variante cidessus.
5. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers, donnée à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
la figure 1 illustre la forme d’une impulsion de commande, de couple et de fréquence de rotation d'une visseuse à serrage discontinu ;
la figure 2 illustre la forme d’un gabarit temporel à tension constante selon l'art antérieur ;
les figures 3, 4 et 5 illustrent respectivement des gabarits temporels à tension non constante selon l'art antérieur ;
les figures 6 et 7 illustrent une visseuse et un contrôleur d'un exemple système de vissage selon l’invention ;
les figures 8 et 9 illustrent les deux membres d'un gabarit composé selon l'invention illustré à la figure 10 ;
la figure 11 illustre schématiquement le principe de régulation d'un procédé selon l'invention illustré sous la forme d'un logigramme à la figure 12 ;
les figures 13 à 16 illustrent différentes formes d'impulsion de tension d'alimentation selon l'invention ;
la figure 17 illustre un logigramme d'une sécurité sur l’alimentation selon l'invention en cas de détection d'une anomalie de fonctionnement, les figures 18 et 19 illustrent le principe et la forme d'une impulsion de tension d'alimentation en cas de sécurité simple, et les figures 20 et 21 illustrent le principe et la forme d'une impulsion de tension d’alimentation en cas de sécurité renforcée.
6. Description de modes de réalisation particuliers
6.1. Dispositif de vissage
L'invention s'applique aux dispositifs de vissage, ou visseuses, électriques dits à serrage discontinu.
En référence à la figure 6, une telle visseuse 1 comprend classiquement un carter logeant un moteur électrique 11 muni d'un stator 110 et d'un rotor 111. Le rotor 111 est relié au moyen d'une transmission 12, présentant un jeu de fonctionnement, à un organe terminal 13 susceptible d'être entraîné en rotation et à coopérer avec une vis pour assurer son vissage ou son dévissage au sein d’un assemblage.
Comme cela a été décrit dans le passage dévolu à l'art antérieur, le moteur d'un tel dispositif de vissage est alimenté par des impulsions de tension d'alimentation successives.
L'exemple décrit ici est constitué par la visseuse 1 reliée par un câble à un contrôleur 2, lui-même relié au réseau d'alimentation électrique de l'entreprise. Ce contrôleur permet le contrôle du fonctionnement de la visseuse et son alimentation électrique.
Dans une variante, la source d'énergie peut être une batterie fixée à la visseuse, dans ce cas le contrôleur est miniaturisé et intégré dans la visseuse, celle-ci étant alors autonome.
La visseuse est reliée au contrôleur au moyen :
d'un câble d'alimentation de puissance 21 du moteur ;
d'un module d'émission/réception 22 permettant à la visseuse et au contrôleur de communiquer ensemble par voie filaire ou sans fil, et éventuellement avec d'autres équipements tel qu'un réseau informatique. La visseuse peut ainsi recevoir des signaux de commande du contrôleur et le contrôleur recevoir des signaux provenant des différents capteurs intégrés à la visseuse.
Selon l'exemple de réalisation illustré à la figure 7, le contrôleur 2 comprend une mémoire vive 23 (par exemple une mémoire RAM), une unité de traitement 24 équipée par exemple d’un processeur, et pilotée par un programme d’ordinateur, comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution d'un procédé de pilotage selon l'invention, ce programme étant stocké dans une mémoire morte 25 (par exemple une mémoire ROM). Le contrôleur comprend classiquement une interface d'entrée-sortie 26 notamment pour permettre sa programmation et le cas échéant un écran 27 et des moyens d'entrée d'informations comme un clavier ou une souris 28. Il comprend une alimentation de puissance 29 du moteur 11 et un capteur 30 de l'intensité électrique consommée par le moteur 11 classiquement situé sur les phases du moteur.
A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur sont par exemple chargées dans la mémoire vive 23 avant d’être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 24. La mémoire vive 23 contient notamment les formules adéquates de calcul des différentes grandeurs déterminées au cours de la mise en œuvre du procédé. Le processeur peut ensuite piloter le dispositif de vissage en conséquence.
La figure 7 illustre seulement une manière particulière, parmi plusieurs possibles, de réaliser un contrôleur, afin qu'il effectue les étapes du procédé de pilotage selon l'invention (dans l'un quelconque des différents modes de réalisation, ou dans une combinaison de ces modes de réalisation). En effet, ces étapes peuvent être réalisées indifféremment sur une machine de calcul reprogrammable (un ordinateur PC, un processeur DSP ou un microcontrôleur) exécutant un programme comprenant une séquence d'instructions, ou sur une machine de calcul dédiée (par exemple un ensemble de portes logiques comme un FPGA ou un ASIC, ou tout autre module matériel).
Dans le cas où le contrôleur est réalisé avec une machine de calcul reprogrammable, le programme correspondant (c'est-à-dire la séquence d'instructions) pourra être stocké dans un médium de stockage amovible (tel que par exemple une disquette, un CD-ROM ou un DVD-ROM) ou non, ce médium de stockage étant lisible partiellement ou totalement par un ordinateur ou un processeur.
Le système comprend des moyens de mesure en temps réel de la fréquence instantanée de rotation du rotor comprennent classiquement un capteur d'angle 14 intégré dans le dispositif de vissage sur l’arbre du rotor. Un tel capteur d'angle peut par exemple comprendre de manière connue en soit un ensemble d'aimants solidaire du rotor tournant lorsque celui-ci est en rotation devant des capteurs à effet hall. Suivant la position du rotor, l'ensemble constitué des aimants et capteurs à effet hall génère un signal électrique dont le niveau est représentatif de la position du rotor. Les moyens de mesure de la fréquence de rotation du rotor dérivent par rapport au temps la position du rotor pour déterminer sa fréquence de rotation.
Le contrôleur et les différents capteurs de la visseuse constituent les différents moyens de mise en œuvre des étapes du procédé de pilotage selon l'invention, comme il en ressortira plus en détail au cours de la description qui va suivre d'un procédé de pilotage selon l’invention.
6.2. Principe général
Pour rappel, l'invention consiste à déterminer la valeur de la tension instantanée d'alimentation par impulsions du moteur durant la phase d’accélération du rotor d'un dispositif de vissage à serrage discontinu en incorporant dans cette valeur une composante dont la valeur dépend de la fréquence instantanée de rotation du rotor du moteur.
Dans ce mode de réalisation, la formule qui lie tension, intensité et fréquence de rotation est la suivante :
U=R.I+ip.a>
Avec
U : la tension appliquée au moteur (volts) /: le courant appliqué au moteur (Ampères) ω : la fréquence de rotation du moteur (tours par minute)
R: la résistance électrique du dispositif de vissage (électronique de pilotage, câbles et moteur) ψ : le coefficient de tension contre électromotrice du moteur
Dans un moteur synchrone à aimants permanents, le couple délivré par le moteur est proportionnel à l'intensité.
A un niveau de couple donné correspond donc un niveau d'intensité I. Pour que l'intensité s'établisse à ce niveau au début de l'accélération du moteur, c'est-à-dire à fréquence de rotation nulle, il faut donc que la tension d'alimentation du moteur soit égale à R.I. Dans le but d'exploiter au maximum la puissance de serrage du système, le niveau d'intensité peut être le niveau d'intensité maximum supportable par ce système.
Lorsque la fréquence de rotation augmente, la force contre électromotrice, augmente. Pour conserver le couple électromagnétique et donc l'intensité consommée par le moteur à son niveau maximum Imax, la tension d’alimentation du moteur doit être augmentée de la valeur de la tension de la force contre électromotrice.
Ainsi la prise en considération de la fréquence de rotation du rotor pour déterminer la valeur de la tension instantanée d'alimentation du moteur permet de compenser la force contre électromotrice qui augmente avec la fréquence de rotation du moteur et d'obtenir en conséquence un couple électromagnétique constant et un courant constant durant chaque impulsion.
La consigne de tension de chaque impulsion de tension d’alimentation comprend la somme :
d'un premier membre correspondant à une tension d'alimentation constante théorique prédéterminée multipliée par un coefficient d'amplitude d'impulsion, et, d'un deuxième membre correspondant à la composante dépendante de la fréquence de rotation.
Dans ce mode de réalisation, le premier membre de la tension est une valeur constante qui détermine le niveau d'intensité consommé par le moteur à fréquence de rotation nulle. Il peut être exprimé sous la forme PulseAmplitude.Offset avec :
PulseAmplitude : coefficient d’amplitude
Offset : tension sous laquelle l'intensité consommée par le moteur à fréquence de rotation nulle est au niveau de l'intensité maximum permise pour le système de vissage.
le second membre compense l'effet de la force contre électromotrice et permet de maintenir l'intensité à un niveau constant durant la phase d'accélération du rotor.
Deux variantes sont envisageables en production :
la première consistant à calculer en temps réel le second membre à partir de la mesure en temps réel de la fréquence de rotation du rotor, la seconde consistant à faire appel à un tableau de correspondance préenregistré dans la mémoire du contrôleur associant une pluralité de couple de valeurs de tension d'alimentation, i.e. de complément de tension d'alimentation, et de fréquence de rotation du rotor.
Selon la première variante, la valeur U(t) d'une impulsion de tension d'alimentation à un instant t est égale à :
U(t)=Puise Amplitude. Offset+ ψ.ω(ΐ) w(t) étant égale à la fréquence instantanée de rotation du moteur à l'instant t. ψ étant le coefficient de tension contre électromotrice du moteur. Ce paramètre, connu de l'homme du métier, peut-être déterminé par calcul ou mesuré expérimentalement en laboratoire.
Selon la deuxième variante, la valeur U(t) d'une impulsion de tension d'alimentation à un instant t est égale à :
f/(t) = PulseAmplitudexOffset + TabGabarit[Vitesse(ty]
Avec :
VitesseÇt) : la fréquence de rotation du moteur à un instant (t)
TabGabarit[Vitesse(ty] : un tableau qui contient l'ensemble des points de tension d'alimentation souhaité indexés en fonction différentes fréquences de rotation du rotor. Les valeurs de ce tableau peuvent être le résultat d'une expérimentation en laboratoire.
Offset : la valeur maximale d'offset en tension propre au système de vissage
Puise Amplitude : un coefficient allant de 0 à 1
Ainsi que représenté à la figure 11, le pilotage de l'alimentation du moteur consiste donc à corriger l'offset en y ajoutant un complément de tension en fonction de la fréquence de rotation (vitesse) réelle du moteur (M) sur la base d'un gabarit prédéterminé, ce gabarit correspondant dans le premier cas au produit ψ.ω(ί) et dans le deuxième cas au tableau listant pour différentes valeurs de ω(ΐ) le résultat du produit ip.m(t).
Il existe différents types de systèmes de vissage, chaque type étant notamment caractérisé par la transmission de sa visseuse, ses dimensions, son rendement, sa motorisation...
Chaque type de système de vissage peut être mis en œuvre en production pour réaliser différentes stratégies de vissage. Même si cela n'est pas impossible, il est difficile de paramétrer chaque type de système de vissage pour l'ensemble des opérations de vissage pour lesquelles il est susceptible d'être utilisé.
Chaque type de dispositif de vissage est donc paramétré sur la base de l'opération de vissage la plus contraignante pour laquelle il est susceptible d'être mis en œuvre, c'est-à-dire l'opération de vissage requérant le plus d’énergie.
6.3. Paramétrage préalable au cours de la fabrication du système de vissage
Chaque type dispositif de vissage doit être paramétré préalablement à sa mise en production.
Le paramétrage consiste à déterminer, pour chaque nouveau type de système de vissage mis en œuvre pour son application la plus contraignante, les paramètres propres à celui-ci qui seront ultérieurement utilisés en production pour assurer le pilotage du moteur de chaque système du même type.
Dans le cadre de la première variante, ces paramètres sont :
l'Offset qui est égal au produit de la résistance électrique du système de vissage par l'intensité maximale admissible par le système au delà de laquelle celui-ci se bloque ;
v»·
Dans le cadre de la deuxième variante, ces paramètres comprennent en outre TabGabarit[Vitesse(t)] qui correspond à l'enregistrement d'un tableau qui contient pour différentes fréquences de rotation du rotor la valeur correspondante du complément de tension pour compenser la perte de rendement due à l'augmentation de la fréquence de rotation du rotor, ce complément de tension étant égal au produit ψ.ω.
La détermination de ces valeurs, offset , ip et TabGabarit[Vitesse(t)] peut être réalisée de façon expérimentale une fois pour toute et ces paramètres sont propres au type de système de vissage et demeurent inchangés durant la vie de la visseuse.
Le premier membre d'une impulsion de tension d'alimentation peut par exemple être illustré par la courbe de la figure 8 qui montre la tension d’offset en fonction de la fréquence de rotation du rotor, celle-ci étant constante quelle que soit la valeur de la fréquence de rotation du rotor.
Le second membre d’une impulsion de tension d'alimentation peut par exemple être illustré par la courbe de la figure 9 qui montre l'évolution du complément de tension à ajouter à la tension d’offset en fonction de la fréquence de rotation du rotor.
La valeur de chaque impulsion de tension d'alimentation envoyée au moteur correspond à la somme du premier membre et du deuxième membre. La courbe de la figure 10 illustre un exemple d'évolution de cette tension d'alimentation en fonction de la fréquence de rotation du rotor. Cet exemple de courbe correspond à la somme des courbes de la figure 8 et de la figure 9.
6.4. Préparation pour mise en production
Les paramètres nécessaires au pilotage du moteur d'un système de vissage (offset, ψ et TabGabarit[Vitesse(t)j) sont enregistrés dans sa mémoire au moment de sa fabrication (cf. § 6.3.).
Lorsque le système de vissage est utilisé en production, il peut être confronté à des assemblages de raideur variable ou requérants un niveau de couple différent.
Il peut donc être nécessaire de diminuer la puissance de serrage de la visseuse en particulier pour des couples de serrage faibles. Pour permettre ceci, le paramètre « PuJseAmplitude » est choisi en fonction de chaque application ou assemblage à réaliser. Il correspond pour chaque application particulière au pourcentage de la puissance de l'application la plus contraignante requis par cette application particulière et détermine le niveau d'énergie cinétique accumulée dans le rotor du moteur avant l'impact.
Lorsque le dispositif de vissage est mis en œuvre pour réaliser différents types d'opération de vissage, les paramètres définissant la stratégie de vissage à appliquer à chaque application sont définis. Ces paramètres comprennent notamment le niveau de couple à atteindre, la vitesse de prévissage et le coefficient d'amplitude PidseAmplitude. Le coefficient PulseAmplitude est déterminé expérimentalement par le département définissant les stratégies de vissage.
Ces paramètres sont enregistrés dans la mémoire de l'outil et sont utilisés en fonction de l'application rencontrée.
6.5. Procédé de pilotage en production
6.5.1. Cas classiques : sans anomalie de fonctionnement
Le procédé de pilotage selon l’invention est mis en œuvre au cours de la réalisation d'une opération de vissage.
De manière classique, une opération de vissage se déroule, par exemple après activation par un opérateur, selon la stratégie de vissage discontinu programmée dans le contrôleur au cours de laquelle le moteur est alimenté par des impulsions de tension d’alimentation électriques.
Toutefois, au cours de la réalisation de cette opération de vissage, un pilotage particulier est selon l'invention mis en œuvre pour déterminer la valeur de chaque impulsion de tension l'alimentation du moteur. Un tel procédé est donc mis en œuvre de manière répété à chaque impulsion jusqu'à la fin de l'opération de vissage.
La détermination de la valeur de chacune des impulsions de tension d'alimentation suppose la mise en œuvre, de manière continu, d'une étape 120 de mesure en temps réel de la fréquence instantanée de rotation du rotor w(t). Ceci est réalisé classiquement en dérivant par rapport au temps le signal provenant du capteur de position du rotor.
Une composante de la valeur de l'impulsion de tension d'alimentation, dépendant de ladite fréquence instantanée de rotation, est ensuite déterminée au cours d'une étape 121.
La valeur de l’impulsion de tension d'alimentation U(t) est ensuite déterminée en y intégrant la valeur de tension dépendante de la fréquence de rotation au cours d'une étape 122.
Dans le cas de la première variante, le second membre de la valeur de l'impulsion de tension d'alimentation est calculé au cours d'une étape 1210 à partir de la valeur mesurée de la fréquence de rotation du rotor selon la formule ψ.ω(ί). La valeur de chaque impulsion de tension d'alimentation U(t) est ensuite calculée au cours de l'étape 122 par le contrôleur selon la formule :
U(t)=PulseAmplitude. Offset+ι/ι. ω(t) les valeurs de PulseAmplitude, Offset et ψ étant dans la mémoire du système. La commande de tension est ensuite transmise au moteur.
Dans le cas de la deuxième variante, le second membre est obtenu au cours d’une étape 1211 en extrayant du tableau TabGabaritlVitesseft')] enregistré dans la mémoire du contrôleur la valeur du second membre correspond à la fréquence de rotation actuelle. La valeur de chaque impulsion de tension d'alimentation U(t) est ensuite calculée au cours de l'étape 122 par le contrôleur selon la formule :
U(t) = PulseAmplitudexOffset + TabGabarit[Vitesse(t)]
La figure 13 illustre la variation, au cours d'une impulsion de tension d'alimentation dont la durée est dans cet exemple égale à 5 ms, de la fréquence de rotation du rotor, de la commande d'impulsion de tension d'alimentation du moteur et du courant consommé par le moteur dans le cas de la réalisation de l'opération de vissage la plus contraignante pour laquelle le coefficient d'amplitude PulseAmplitude est égal à 1.
On constate que :
l'évolution de la vitesse au cours d'une impulsion de tension d'alimentation est parfaitement droite et constante (accélération du rotor constante), et non incurvée comme dans l'art antérieur ;
le courant consommé par le moteur est stable ;
ceci grâce à l'évolution selon l'invention de la consigne de tension en fonction de la fréquence de rotation du rotor.
La figure 14 illustre la variation au cours d’une impulsion de tension d'alimentation dont la durée est dans cet exemple égale à 5 ms, de la fréquence de rotation du rotor, de la commande d'impulsion de tension d'alimentation et du courant consommé par le moteur dans le cas d'une application requérant seulement 30% de la puissance requise pour l'application la plus contraignante, le coefficient d'amplitude PulseAmplitude étant alors égal à 0,3.
On observe, comme dans le cas nominal le plus contraignant, que l’évolution de la vitesse est parfaitement droite et constante, et le courant est stable. La modification de l'offset n'a bien qu'une influence sur la vitesse finale obtenue à la fin de l'impulsion de tension d'alimentation, mais ne dégrade pas la linéarité de l'évolution de la vitesse, ni la consommation en courant du moteur.
6.5.2. Gestion des anomalies de fonctionnement
i. Anomalie légère
La figure 15 illustre la variation, au cours d'une impulsion de tension d'alimentation dont la durée est dans cet exemple égale à 5 ms, de la fréquence de rotation du rotor, de la commande d'impulsion de tension d'alimentation et du courant consommé par le moteur dans le cas de la réalisation de l'opération de vissage la plus contraignante pour laquelle le coefficient d'amplitude PulseAmplitude est égal à 1.
On y observe que la fréquence de rotation n'est pas parfaitement linéaire (droite et constante) mais est au contraire perturbée. Cette perturbation résulte d'une légère anomalie de fonctionnement comme par exemple une faible variation de rigidité de l'assemblage en cours de serrage (friction). Toutefois, le système fait varier la tension d'alimentation en fonction de la fréquence de rotation du rotor pour conserver une valeur de courant sensiblement constante.
Ainsi, en cas d'anomalie légère, le système corrige la tension d'alimentation pour conserver un courant acceptable.
Dans certains cas d'utilisation, il peut arriver, au cours d'un vissage ou d'un dévissage, que le moteur soit fortement ralenti ou se bloque (passage d'un point dur, survissage...). Ceci a pour conséquence d'engendrer une forte hausse du courant dont la valeur peut dépasser la valeur maximum admissible par le système.
Un tel cas est illustré à la figure 16 qui représente la variation, au cours d'une impulsion de tension d'alimentation dont la durée est dans cet exemple égale à 5 ms, de la fréquence de rotation du rotor, de la commande d'impulsion de tension d'alimentation et du courant consommé par le moteur dans le cas de la réalisation de l'opération de vissage la plus contraignante pour laquelle le coefficient d'amplitude PulseAmplitude est égal à 1.
On y remarque que le moteur est bloqué « un peu » avant la fin de l'impulsion de tension d'alimentation (chute de la fréquence de rotation à environ 0,0065s).
Ce type de blocage peut apparaître si le jeu dans la transmission est résorbé avant la fin de l'impulsion de tension d'alimentation électrique. Ceci peut être la conséquence d'un rebond insuffisant du rotor ne permettant pas son retour à la position de recul maximal ni l'obtention pour le rotor d'une course d'accélération correspondant à la valeur complète du jeu angulaire de la transmission.
Durant la chute de fréquence de rotation, due au blocage du rotor, le système ajuste toutefois la tension d'alimentation pour éviter une forte montée du courant.
Cependant ce procédé à des limites, le système étant dimensionné pour couvrir les petites variations de fréquence de rotation du moteur, dans un cas d'utilisation optimal.
Le système de base ne permet toutefois pas de contrecarrer les effets d'un blocage du moteur beaucoup plus tôt dans la phase d'accélération d'une impulsion de tension d’alimentation. En outre, il existe d'autres cas de perturbations extérieurs difficilement modélisables, comme la résistance interne du système qui peut être variable en fonction de la température et du vieillissement du matériel, ou encore des problèmes dus à la stabilité de la tension du réseau qui alimente le système.
Pour gérer l'apparition d'anomalies plus sévère, par exemple dans le cas où le rebond du rotor ne s'est pas produit correctement et que la course angulaire disponible pour l'accélération moteur est fortement diminuée, le procédé de pilotage selon l'invention met donc en œuvre une sécurité.
ii. Anomalie plus sévère
En référence à la figure 17, cette sécurité consiste à mettre en œuvre, en temps réel, une étape 170 de détection d'une anomalie de fonctionnement, et une étape 171 de correction de la valeur des impulsons de tension d'alimentation du moteur consécutivement à la détection d'une anomalie de fonctionnement.
Plus précisément, les étapes de détection d'une anomalie de fonctionnement 170 et de correction de la valeur de l'impulsion de tension d'alimentation 171 comprennent:
une étape 1701 de mesure en temps réel de l'intensité électrique consommée par le moteur ;
une étape 1702 de comparaison de la valeur mesurée de l’intensité électrique générée par le moteur avec une valeur seuil prédéterminée; celle-ci sera préférentiellement égale à la valeur d’intensité maximal admissible par le système, par exemple 75 Ampères ;
une étape 1710 de diminution de la tension d'alimentation du moteur lorsque la valeur mesurée de l'intensité générée par le moteur devient supérieure ou égale à la valeur seuil.
Plusieurs types de sécurité peuvent être mis en œuvre, à savoir :
une sécurité simple ;
une sécurité renforcée.
ii.l. Sécurité simple
Dans le cadre de la sécurité dite simple, l'étape 1710 de diminution de la tension d'alimentation du moteur consiste à réduire le premier membre de la tension d'alimentation, c'est-à-dire ici l'offset (étape 17101).
Ainsi que représenté à la figure 18, cette sécurité simple consiste donc à drastiquement limiter l'offset seulement lorsqu'un courant trop fort est détecté, quelle qu'en soit la cause.
La figure 19 représente la variation, au cours d'une impulsion de tension d'alimentation dont la durée est dans cet exemple égale à 5 ms, de la fréquence de rotation du rotor, de la commande d'impulsion de tension d'alimentation et du courant consommé par le moteur dans le cas de la réalisation de l'opération de vissage la plus contraignante pour laquelle le coefficient d'amplitude PulseAmplitude est égal à 1. On y observe que le moteur est bloqué « longtemps » avant la fin de l'impulsion de tension d'alimentation (chute de la fréquence de rotation à environ 0,0055s).
Dans ce cas, il est inévitable que le courant finisse par augmenter. La régulation de tension d'alimentation ne sera pas assez efficace pour empêcher ce phénomène. En revanche, il est possible de déclencher la sécurité en courant sur un seuil pour limiter drastiquement la consigne de tension.
La performance de l'impulsion va alors être très fortement dégradée mais cela évitera les défauts en courant et le blocage du système.
Une sécurité simple en courant permet de limiter l'offset, en diminuant de façon automatique, en appliquant un coefficient modérateur déterminé par exemple expérimentalement (par exemple égal à 0,5), le coefficient PulseAmplitude appliqué à l'impulsion de tension d’alimentation. Ceci permet de terminer le vissage sans faire dépassement de la valeur de courant maximum admissible par le système. Ce cas arrive par exemple lorsque le rotor est bloqué et/ou que l'on utilise un câble d’alimentation non adapté.
ii.2. Sécurité renforcée
Dans le cas où la mise en œuvre de la sécurité simple ne serait pas suffisante, une sécurité renforcée peut être mise en œuvre, dans le cadre de laquelle l'étape 1710 de diminution de la tension d'alimentation du moteur consiste à réduire la somme du produit du premier membre par le coefficient d'amplitude et du deuxième membre (étape 17102).
Ainsi que représenté à la figure 20, cette sécurité renforcée consiste donc à drastiquement limiter la somme de l'offset et du complément de tension variant en fonction de la fréquence de rotation lorsqu'un courant trop fort est détecté, en appliquant de façon automatique à cette somme un coefficient modérateur déterminé par exemple expérimentalement (par exemple égal à 0,5).
La figure 21 représente la variation, au cours d'une impulsion de tension d'alimentation dont la durée est dans cet exemple égale à 5 ms, de la fréquence de rotation du rotor, de la commande d'impulsion de tension d'alimentation et du courant consommé par le moteur dans le cas de la réalisation de l'opération de vissage la plus contraignante pour laquelle le coefficient d'amplitude PulseAmplitude est égal à 1.
On y observe que la mise en œuvre de la sécurité renforcée permet de réduire encore plus rapidement la tension d’alimentation.
6.6. Variante
Dans une variante, l'invention pourrait être améliorée en déterminant le second membre de la tension des impulsions de tension d'alimentation non seulement en fonction du coefficient de tension contre-électromotrice dudit moteur mais également en fonction d'autre(s) paramètre(s) du système comme par exemple par exemple le déphasage, la vitesse, le rendement, la résistance interne, l’inertie, le gain...
Claims (16)
- REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage d'un dispositif de vissage discontinu comprenant un moteur électrique dont le rotor est relié à un organe terminal susceptible d'être entraîné en rotation, ledit moteur étant alimenté par des impulsions de tension d'alimentation successives, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape de détermination de la tension d'alimentation instantanée du moteur durant chacune desdites impulsions de tension d'alimentation comprenant au moins les étapes suivantes :une première étape de mesure en temps réel de la fréquence instantanée de rotation dudit rotor, une seconde étape consistant à déterminer une composante de la tension de ladite impulsion de tension d'alimentation, ladite composante dépendant de ladite fréquence instantanée de rotation, une troisième étape de détermination en temps réel, de la tension de ladite impulsion de tension d'alimentation intégrant ladite valeur de tension dépendante de la fréquence instantanée de rotation dudit rotor.
- 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite composante est sélectionnée, en fonction de ladite fréquence instantanée de rotation, dans un ensemble de valeurs de tension prédéterminée.
- 3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite composante est déterminée comme étant égale au produit de ladite fréquence instantanée de rotation par un coefficient prédéterminé.
- 4. Procédé de pilotage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la tension de chacune desdites impulsions de tension d'alimentation correspond à la somme :d'un premier membre correspondant à une tension d'alimentation constante théorique prédéterminée multipliée par un coefficient d'amplitude d'impulsion, et, d'un deuxième membre correspondant à ladite composante dépendante de la fréquence instantanée de rotation dudit rotor.
- 5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel ledit coefficient d'amplitude d'impulsion est compris entre 0 et 1.
- 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5 dans lequel ladite tension d'alimentation constante théorique prédéterminée est égale au produit d'une valeur de courant électrique prédéterminée multipliée par la résistance électrique du dispositif de vissage.
- 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 dans lequel ledit second membre est une valeur de tension égale au produit de ladite fréquence instantanée de rotation dudit rotor par le coefficient de tension contre électromotrice dudit moteur.
- 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7 dans lequel ledit second membre tient compte de données stockées sous la forme d’un tableau de correspondance associant une pluralité de couple de valeurs de tension d'alimentation et de fréquence de rotation dudit rotor.
- 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 comprenant une étape de détection d'une anomalie de fonctionnement, et une étape de correction de la tension desdites impulsons de tension d’alimentation dudit moteur consécutivement à la détection d’une anomalie de fonctionnement.
- 10. Procédé selon la revendication 9 dans lequel ladite étape de détection d’une anomalie de fonctionnement comprend :une étape de mesure de l'intensité électrique consommée par ledit moteur ;une étape de comparaison de la valeur mesurée de ladite intensité électrique consommée par ledit moteur avec une valeur seuil prédéterminée ;une étape de diminution de la tension desdites impulsions de tension d'alimentation dudit moteur lorsque ladite valeur mesurée de ladite intensité consommée par ledit moteur devient supérieure ou égale à ladite valeur seuil.
- 11. Procédé selon la revendication 10 dans lequel ladite étape de diminution de la tension desdites impulsions de tension d'alimentation dudit moteur consiste à réduire ledit premier membre de ladite tension desdites impulsions de tension d'alimentation.
- 12. Procédé selon la revendication 10 dans lequel ladite étape de diminution de la tension desdites impulsions de tension d'alimentation dudit moteur consiste à réduire la somme du produit dudit premier membre par ledit coefficient d'amplitude et dudit deuxième membre.
- 13. Système de vissage discontinu comprenant un moteur électrique dont le rotor est relié à un organe terminal susceptible d'être entraîné en rotation, et des moyens d'alimentation dudit moteur par des impulsions de tension d’alimentation successives, caractérisé en ce que ledit système comprend des moyens de détermination de la tension d'alimentation instantanée du moteur durant de chacune desdites impulsions de tension d'alimentation qui comprennent au moins :des moyens de mesure en temps réel de la fréquence instantanée de rotation dudit rotor, et des moyens de détermination d'une composante de la valeur de la tension de ladite impulsion de tension d’alimentation, ladite composante dépendant de ladite fréquence instantanée de rotation ;
des moyens de détermination, en temps réel, de la tension de ladite impulsion de tension d'alimentation intégrant ladite valeur de tension dépendante de la fréquence instantanée de rotation dudit rotor. 14. Système selon la revendication 13 dans lequel lesdits moyens de détermination en temps réel de la tension de ladite impulsion de tension d'alimentation comprennent des moyens de calcul de la somme :- d'un premier membre correspondant à une tension d’alimentation constante théorique prédéterminée multipliée par un coefficient d'amplitude d'impulsion, et, d'un deuxième membre correspondant à ladite composante dépendante de la fréquence instantanée de rotation dudit rotor. 15. Système selon la revendication 13 à 14 comprenant des moyens de détection d'une anomalie de fonctionnement, et des moyens de correction de la tension desdites impulsons d'alimentation dudit moteur consécutivement à la détection d'une anomalie de fonctionnement.16. Système selon la revendication 15 dans lequel lesdits moyens de détection d'une anomalie de fonctionnement comprennent :- des moyens de mesure de l'intensité électrique consommée par ledit moteur ; des moyens de comparaison de la valeur mesurée de ladite intensité électrique consommée par ledit moteur avec une valeur seuil prédéterminée ; des moyens de diminution de la tension de ladite impulsion de tension d'alimentation dudit moteur lorsque ladite valeur mesurée de ladite intensité consommée par ledit moteur devient supérieure ou égale à ladite valeur seuil. 17. Système selon les revendications 14 et 16 dans lequel lesdits moyens de diminution de la tension de ladite impulsion de tension d'alimentation dudit moteur réduisent ledit premier membre de la tension de ladite impulsion de tension d'alimentation. - 18. Système selon les revendications 14 et 16 dans lequel lesdits moyens de diminution de la tension de ladite impulsion de tension d'alimentation dudit moteur5 réduisent la somme du produit dudit premier membre par ledit coefficient d'amplitude et dudit deuxième membre.
- 19. Produit programme d'ordinateur, comprenant des instructions de code de programme pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'une quelconque des10 revendications 1 à 12, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
- 20. Médium de stockage lisible par ordinateur et non transitoire, stockant un produit programme d'ordinateur selon la revendication 19.1/10
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