Brevet FR2028405A1 — publié le 19701009

-1- 2028405 la présente invention concerne un -régulateur de vitesse et plus précisément une commande d'e commutation et de détection de vitesse à utiliser avec des machines à souder par inertie du type décrit dans le "brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3.273.253° 5 Pour obtenir des soudures .uniformes avec des machines à sou der par inertie, la commande des fonctions de la machine, à savoir la vitesse, d'arrêt du moteur, 1'application initiale de la pression du piston et l'application de la pression du pist'on de la seconde phase, est extrêmement importante» Si la commande de l'une quelcon-10 que de ces fonctions n'est pas d'une précision raisonable, la soudure terminée varie alors en conséquence,étant donné que la qualité de la soudure est directement en rapport avec ces paramètres de la machine, l'obtention de bonnes soudures par le proeédé de soudage par inertie .laisse supposer qu'il est possible de commander avec pré-15 cision les fonctions de la machine qui déterminent indirectement les paramètres de soudage. Une commande précise de ces fonctions est également essentielle,si la machine à souder doit fonctionner d'une façon sûre et économique. Si la vitesse de la broche du volant et/ou la pression du pis-20 ton peuvent dépasser la valeur voulue, alors il se produit un gaspillage d'énergie et un étincelage excessif. Par contre, si la vitesse de la broche du volant et/ou la valeur de la pression du piston diminue au-dessous de la valeur voulue, 1'étincelage devient alors insuffisant et il en résulte des soudures médiocres. 25 la plupart des machines à souder par inertie actuelles utili sent un ensemble régulateur de vitesse ayant un capteur magnétique, avec un appareillage électronique et d'alimentation en courant associé, pour détecter un signal provenant d'une broche rotative et pour transmettre le signal à un relais de comptage photosensible*. 30 1'exécution des diverses fonctions de la machine est amorcée par le relais de comptage lorsque le faisceau lumineux entre la lampe et la cellule photo-électrique est interrompu en un point prédéterminé sur le compteur par son indicateur. Un ensemble de commutation de ce type particulier introduit un retard inhérent entre la vites-35 se réelle de la machine et la vitesse indiquée par le compteur. Ce retard augmente la durée du soudage et rend la commande précise des fonctions de la machine extrêmement difficile► 70 01469 -2- 2028405 En conséquence, la présente invention a notamment pour objet un ensemble commutateur sensible à la vitesse qui effectue une commande précise des fonctions de la machine ; - un ensemble régulateur et de commutation sensible à la 5 vitesse qui détecte la vitesse d'une broche rotative et commande -certaines fonctions de la machine à des vitesses de rotation prédéterminées j - un tel ensemble qui commande l'exécution de fonctions dç la machine en réponse à un signal électrique ; 10 - un tel ensemble qui reçoit une impulsion depuis un mécanis me capteur magnétique, l'amplifie et la transmet par l'intermédiaire de divers éléments électroniques pour produire une tension qui est directement en fonction des impulsions reçues pendant une période de temps déterminée par le capteur magnétique ; 15 - un tel ensemble qui utilise des amplificateurs comparateurs pour comparer une tension continue avec des tensions de référence prédéterminées et qui/déclenche des relais lorsque la tension continue atteint la valeur des tensions programmées ; - un tel ensemble qui amorce les fonctions d'une machine à 20 souder par inertie en réponse à une tension électrique qui est fonction de la vitesse de rotation de la broche de la machine ; - un tei ensemble qui élimine la plus grande partie du retard entre la détection de la rotation de la machine et la commande des fonctions de la machine ; 25 - un tel ensemble qui est relativement fiable et exempt de défaillance, qui améliore la réaction de la machine, qui améliore l'uniformité des soudures et qui produit des cycles de soudage plus courts, en assurant une moins grande usure des éléments de la machine. 30 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention res- sortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif rune forme de réalisation de l'invention. Sur ces dessins : 35 la figure 1 est un diagramme simulé de la vitesse par rapport au temps pour une soudure particulière par inertie effectuée sur une machine commandée par les systèmes actuellement utilisés ; 70 01469 -3- 2028405 . la figure 2 est un schéma synoptique de l'ensemble de commutation sensible à la vitesse de la présente invention.; et , la figure 3 est un schéma de montage de l'ensemble de commutation sensible à la vitesse de la présente invention. 5 - Dans la description qui va suivre, l'ensemble de la présen te invention sera décrit dans son application à une machine à sou--der par inertie. L'utilisation de l'ensemble selon l'invention, n'est pas limité à une telle machine et en fait il peut être utilisé dans n'importe quel appareil rotatif ou entraîné par une bro-10 che pour commander les fonctions de la machine. En se référant aux dessins plus en détail, la figure 1 représente un diagramme simulé de la vitesse par rapport au temps pour une soudure par inertie particulière effectuée sur une machine qui est commandée par un ensemble de commande actuellement dis-15 ponible. la courbe en trait plein 10 représente la vitesse réelle de.la machine et la courbe en pointillé 12 représente la vitesse indiquée par un compteur. Comme on peut le voir, la vitesse indiquée par le compteur est très en retard par rapport à la vitesse réelle de la machine, ce retard augmentant à mesure que l'accélé-20 ration de la broche augmente. Sur la courbe en pointillé , le point -14 représente la vitesse à laquelle le moteur de la machine doit être arrêté et le cycle de soudage doit commencer. Si le point 14 représentait une indication réelle de la vitesse de la machine, le soudage pourrait alors commencer immédiatement lorsque la machine 25 atteint ce point et lorsque le moteur est arrêté. Cependant, à cause du retard, qui a été déterminé comme étant compris entre 1,1 et 1,6 seconde, lorsque le compteur atteint le point indiqué 14, la machine a atteint en réalité le point 16 de la courbe en trait plein qui, dans le cas représenté, correspond à 8000 tours par minute en-30 viron. Etant donné que le compteur est en retard par "apport à la vitesse réelle de la machine, il enregistre finalement aussi ur:f lecture de 8000 tours par minute. Initialement, on pensait que cette dernière lecture du comp-./teur. de 8000 tours par minute correspondait à une survitesse du sys~ 35 - .terne de la broche tournant en roue libre et qu'ell* devait être com-pensée par un retard délibéré antre l'arrêt réel du moteur, au point 14, et l'application de la force de poussée pour ei ~ ictuer le souda 70 01469 -4- 2028405 ge, au point 18. Toutefois, en se référant au diagramme, lorsque la vitesse indiquée par le compteur tombe jusqu'au niveau correspondant au point 18, qui est la vitesse de soudage voulue de 7400 tours par minute, la vitesse réelle, la courbe 10, est tombée bien 5 au-dessous de la vitesse de soudage voulue,comme indiqué par le point 20. Par expérience, on a appris que si un retard compris entre 1,0 et 1,5 seconde entre l'arrêt du, moteur, au point 14, et l'application de la pression du piston, au point 22, est préalablement ré-10 glé sur les commandes, la machine atteint alors la vitesse de soudage correcte,lorsque le compteur indique la vitesse au point 22. On peut le voir en se référant à la figure 1 sur laquelle le point 22 de la courbe 12 de la vitesse indiquée par le compteur se trouve directement au-dessus d'un point 24 de la courbe 10 de la vites-15 se réelle de la machine et ce point 24 correspond approximativement à la vitesse de soudage voulue de 7400 tours par minute. La commande de la machine présente une autre incompatibilité lorsqu'on désire effectuer une application de la pression en deux stadés pour exécuter une soudure particulière. La pression du se-20 cond stade, qui.est généralement très supérieure à celle du premier stade,est appliquée vers la fin du cycle de soudage,lorsque la vitesse de rotation du volant de la broche diminue ..rapidement. Dans le cas représenté sur la figure 1., le point 26 représente la vitesse voulue, comme indiqué par le compteur, de 1000 tours par minute, 25 et c'est à ce point que la pression du second stade doit être appliquée. Cependant, on peut voir d'après le diagramme que si le point 26 est réglé sur la commande de 1'indicateur du compteur, a— lors la vitesse réelle de la broche, indiquée par le courbe 10, est égale, à zéro au moment de l'application de la pression du second eta-30 de. Le retard à ce moment du cycle de soudage est d'environ 0,45 seconde, mais à causé du ralentissement rapide de la broche à ce stade du fonctionnement,- même- le retard le plus court a une importance primordiale. En conséquence, afin'd'appliquer la presssion du second stade au moment correct représenté par 28 sur la courbe 10, 35 valeur représentée par le- point 30 de la courbe 12 doit être réglée sur le. compteur dans le système anté-rieur. Cette lecture est très supérieure, à la. valeur réelle voulue., mais à- cause du retard 70 01469 -5- 2028405 inhérent de l'indicateur du compteur, la valeur 30 réglée sur le compteur représente la valeur approximativement correcte indiquée au point 28 de la vitesse de la broche. Ainsi, le retard entre la lecture de la vitesse du compteur 5 et la vitesse réelle de la machine pose un problème, comme décrit ci-dessus,qui est une véritable "devinette" quant au réglage des commandes par rapport à la vitesse de la broche indiquée par le compteur. Le retard, qui est directement fonction d'un mécanisme de commande et de détection particulier utilisé rend l'obtention de 10 bonnes soudures uniforme extrêmement difficile-et rend également la détermination des paramètres encore plus difficile. L'ensemble de commutation et de régulation qui est représenté sous forme d'un schéma synoptique sur la figure 2 et d'un schéma de montage sur la figure 3 est un système de commande beaucoup plus 15 efficace et sûr. La commande précise des fonctions de la machine à souder par inertie peut être obtenue en déterminant avec précision la vitesse du système tournant et en amorçant la commande de la fonction de la machine à un instant précis en utilisant des impulsions électriques. 20 La vitesse de rotation de la broche est détectée par un capteur magnétique 32 qui reçoit son signal à partir d'une roue dentée comportant 60 dents qui est fixée à la broche tournante. Le signal de sortie du capteur magnétique est sous forme d'une onde sinusoïdale, comme représenté dans le rectangle 32 du schéma synoptique, et l'onde si-25 nusoïdale est transmise à un amplificateur conformateur 34,où. elle est amplifiée et transformée en une onde carrée. A partir de l'ampli-cateur conformateur, le signal passe dans un différentiateur 36 où. l'onde carrée est différenciée pour produire des pointes positives et négatives, comme indiqué dans le rectangle 36 du différentiateur. 30 La pointe positive provenant du différentiateur 36 est transmise à un multivibrateur monostable 38 qui produit une impulsion de largeur et d'amplitude fixes,tandis que l'impulsion négative est transmise à la masse. Le signal de sortie du multivibrateur monostable est envoyé 35 ensuite à un circuit d'intégration et de filtrage 40, qui est un circuit intégré d'un amplificateur opérationnel avec une boucle de réaction RC. Ce circuit intégre les impulsions positives du signal 70 01469 -6- 2028405 pendant une période de temps déterminée et produit un niveau de tension continue qui est fonction de la fréquence des impulsions reçuesi lorsque le signal de sortie quitte le circuit de filtrage 5 et d'intégration, il suit deux trajets 46 et 48, le signal 46 passant dans un sélecteur de gammes 42 du compteur et le signal 48 parcourant trois trajets distincts 50, 52 et 54. Le signal de sortie du sélecteur de gammes 42 passe dans un compteur 44 pour obtenir une, indication visuelle de la vitesse de la machine. Cette indication 10 visuelle de la vitesse de la machine n'est -utilisée par l'opérateur que comme référence et n'exerce aucune influence sur les fonctions de la machine, de sorte qu'un retard quelconque entre 1'indication du compteur et le fonctionnement réel de la machine a peu d1 importance pour l'efficacité de ce fonctionnement. 15 le signal passant par le trajet 50 parvient à un amplifica teur comparateur 56,tandis que le signal passant par le trajet 52 atteint un amplificateur comparateur 58 et le signal passant par le trajet 54 est appliqué à un troisième amplificateur comparateur 60. Un mécanisme 62 à tension de référence est connecté à l'ampli-20 ficateur comparateur 60 ; un second mécanisme 64 à tension de référence est connecté à l'amplificateur compérateur 58 ; un troisième mécanisme 66 à tension de référence est connecté à l'amplificateur comparateur 56. Chacun des trois amplificateurs comparateurs est utilisé pour commander une fonction particulière de la 25 machine à souder et chacun d'eux compare le signal de sortie du filtre-intégrateur avec leur tension de référence prédéterminée. lorsque le signal de sortie du filtre-intégrateur dépasse une des tensions de référence, le signal de sortie de l'amplificateur comparateur particulier change d'état. Ceci a pour effet d'exci-30 ter l'un des relais associés 68, 70 ou 72, qui actionne alors des relais électriques pour commander chaque fonction individuelle de la machine à souder par inertie, les mécanismes 62 et 64 à tension de référence sont des dispositifs diviseurs à cinq décades pour permettre de faire varier avec précision la fonction particulière 35 de la machine que l'amplificateur comparateur commande, le troisième mécanisme 66 est un dispositif invariable,étant donné qu'il suffit qu'il présente une tension déterminée correspondant à la 70 01469 -7- 2028405 vitesse de rotation nulle de la broche de la machine. Ce mécanisme 66 et l'amplificateur comparateur associé 56 commandent le recyclage de la machine qui est amorcé à la fin du cycle de soudage à une vitesse de rotation nulle. 5 Le mécanisme 62 et l'amplificateur associé 60 commandent l'arrêt ou la déconnection du moteur et l'application de la pression axiale initialg&u piston. Le mécanisme 64 et le comparateur 58 commandent l'application de la plus forte pression ou"pression du second stade dans un système à deux stades. La vitesse précise 10 voulue à laquelle le moteur de la machine à souder doit être arrêté ou déconnecté esi^réalablement réglée sur le dispositif 62 en faisant tourner un cadran qui indique la vitesse de rotation. Le réglage de la tension de référence détermine en réalité une tension particulière correspondant à cette vitesse de rotation qui produit 15 une tension égale au réglage. En conséquence, lorsque le signal 54 provenant du filtre-intégrateur atteint la tension de référence préalablement réglée correspondant à une vitesse de rotation voulue, l'amplificateur comparâteur actionne le relais 68 qui actionne à son tour le relais commandant le moteur de la machine à souder par 20 inertie. Comme précédemment indiqué, la pression initiale du piston est appliquée en même temps que le moteur est arrêté ou déconnecté. Naturellement, ceci peut être exécuté par le commutateur selon l'invention, étant donné qu'il n'y a pas de retard appréciable entre lf signal détecté et la vitesse réelle de la broche. En se référant à 25 la courbe simulée 10 de la figure 1, l'utilisation de ce système permet de déconnecter le moteur et d'appliquer la pression initiale du piston au point 16. Etant donné que le mécanisme 64 est identique au mécanisme 62, le réglage de cette tension de référence peut être effectué de 30 la même façon qu'on le décrit ci-dessus. Lorsque le signal 52 provenant du filtre-intégrateur dépasse la valeur de la tension de référence préalablement réglée sur le dispositif 64, l'amplificateur comparateur 58 actionne alors le relais 70 qui actionne à son + le relais commandant l'application de la plus forte pression à 1 ■*5 pièce à souder dans la machine. En se référant de nouveau à la figure 1, on voit que, dans le cas simulé, le relais 70 est actionné par l'amplificateur 5S BAD ORIGINAL 70 01469 -8- 2028405 lorsque le signal 52 dépasse la valeur préalablement réglée dans le mécanisme 64, réglage qui correspond au point 28 de la courbe 10. Bien que l'amplificateur 58 soit déclenché à la fois au-dessus (vitesse croissante) et au-dessous (vitesse décroissante) de la cour-5 be 10, on peut incorporer un relais logique dans la machine pour ne permettre au piston de fonctionner qu'au-dessous de la courbe. Etant donné que le mécanisme 66 ne présente qu'une tension qui correspond à une vitesse de rotation nulle de la maçhine, lors- * que le signal 50 provenant du filtre-intégrateur indique que la ma-10 chine est arrêtée, alors l'amplificateur 56 actionne le relais 72 pour actionner un ou plusieurs relais qui recycle automatiquement les éléments de la machine à souder par inertie. Ce recyclage automatique pourrait comporter la mise au repos des cylindres hydrauliques actionnant le piston, un desserrage de l'un ou l'autre des 15 dispositifs de maintien des pièces ou des deux, ou bien le retrait de la contre-poupée. Bien qu'on n'ait pas représenté de source d'alimentation sur l'un ou l'autre des schémas, on peut utiliser n'importe quelle source d'alimentation classique pour alimenter les différents co&posants 20 de l'ensemble de commutation sensible à la vitesse.-La source de courant peut être une source de courant alternatif classique à 110 volts qui est transformé en tension continue de + 12 volts et en une tension continue de 4 volts pour les divers composants du commutateur. Sur le schéma, le mécanisme 62 est représenté en détail et 25 comporte dix positions et cinq décades. Ceci donne une valeur possible de 0 à 99.999 ohms pour chacun des dispositifs à tension de référence 62 et 64. Le réglage, correct desdits dispositifs donne une tension de sortie proportionnelle au réglage pour chacun d'eux. Aissi, on a décrit un ensemble de commande et de commutation 30 sensible à la vitesse à utiliser avec des dispositifs comportant des broches rotatives, dans lesquels les fonctions doivent être commandées par rapport à la vitesse de la broche. Naturellement, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et représentée et est susceptible de recevoir diverses variantes 35 rentrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. Par exemple, un potentiomètre excité par une source de tension constante, le signal de sortie d'un dispositif de commande à bandes ou un autre 70 01469 -9- 2028405 appareil analogue pourrait remplacer les dispositifs diviseurs numériques, Figure 2 2 Repères A B LEGENDE DES DESSINS Vers relais d'arrêt du^moteur Vers relais d'application de la pression plus élevée Vers relais de recyclage automatique 70 01469 -10" 2028405 REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à commander les fonctions ou paramètres d'une machine en réponse à la vitesse de rotation de ladite machine, appareil caractérisé en ce qu'il comporte un capteur magnétique 5 (32) mesurant la vitesse de rotation de la machine, des éléments (34 à 48) engendrant un signal proportionnel à la vitesse de rotation détectée et des éléments (56-60, 68-72) pour actionner un système à relais dudit appareil lorsque le signal atteint une valeur prédéterminée. * 10 2. Appareil selon la revendication .1, caractérisé en ce que le signal est une tension continue intégrée qui est transmise aux éléments de commande (56-60, 68-72) et des mécanismes à tension de référence (62-66) transmettent également une tension préalablement réglée auxdits éléments de commande, et des comparateurs (56-60) 15 prévus dans les éléments de commandé comparent ledit signal à la tension de référence. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de commande comportent des relais (68-72) actionnés par les comparateurs lorsque le signal et la tension de référence 20 sont de même valeur. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs éléments de commande dont chacun reçoit le signal et dont chacun reçoit une tension préalablement réglée différente, et un relais dans chaque élément de commande actionné 25 à un instant particulier pendant le fonctionnement de la machine conformément aux réglages des tensions prédéterminées. 5. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les mécanismes à tension de référence (62-64) sont des dispositifs diviseurs à décades. 30 6. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mécanisme à tension de référence (66) est du type invariable.