Brevet FR2427652A1 — publié le 19791228

La présente invention se rapporte à un procédé de surveillance pour appareils sonores et ultrasonores ainsi qu'à un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. Pour le soudage et le rivetage des matières thermoplastiques, pour les enrobages métalliques, le soudage et le perçage des métaux, le brasage dans des bains et pour la puvérisation de liquides on utilise de plus en plus des procédés à ultrasons. Pour obtenir un travail impeccable, il faut avoir au niveau de l'électrode une amplitude d'oscillations constante qui peut tre affectée par des défauts dans le système générateur d'oscillations électriques et dans la tête oscillante (électrode) et par les variations intervenant dans les paramètres du procédé (par exemple la pression d'application de l'électrode sur les pièces à usiner et l'abortissement et la réaction ainsi provoqués de l'oscillation). Dans les installations fonctionnant au tomatiqùement ou en cas de main d'oeuvre non qualifiée, il y a donc risque que la qualité du travail soit affectée par de tels défauts sans que ceux-ci puissent Entre décelés en temps voulu, de sorte que le nombre des rebuts peut être élevé. Jusqu'ici on contrôlait le fonctionnesent des appareils sonnores et ultrasonores en examinant les pièces fabriquées sur des Cchantillons pris au hasard ou éventuellement sur la totalité de la production. La présente invention a par conséquent pour objet de surveiller les travaux à exécuter par des moyens sonores et ultrasonores de façon que l'apparition de défauts puisse être automatiquement détectée et arrêtée en temps voulu. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que l'amplitude des oscillations produites par l'électrode est détec tée sans contact, qu'après la mise en route du générateur d'oscillations, on produit une grandeur de surveillance électrique correspondant à l'amplitude, que la grandeur de surveillance est comparée à des valeurs réglables qui correspondent aux valeurs limites de la zone optimale de l'amplitude sonore, et qu'en cas de valeurs supérieures ou inférieures aux valeurs limites, un signal de défaut est émis. I1 est avantageux que le générateur d'oscillations, de préférence son générateur de fréquence, soit arrêté automatiquement par le signal de défaut. Ce signal de défaut peut en pareil cas être transformé en signaux prolongés optiques et/ou acoustiques qui subsistent après l'arrêt de la machine de soudage et ne peuvent être arrêtés qutà la main. Après l'arrêt de l'installation, le personnel de service-peut alors déterminer si l'on se trouve en dessus ou en dessous de la zone optimale, ce qui permet de découvrir l'origine du défaut. En pareil cas, on utilise de préférence des signaux prolongés différents en cas de valeur supérieure et en cas de valeur inférieure à la zone optimale.Par ailleurs, il peut être avantageux qu'en cas de maintien de la zone optimale, il soit délivre un signal indiquant l'absence de défaut et qui s'éteint lu-mlme à l'arrêt de l'appareil de soudure. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel - les figures 1 et 4 représentent respectivement la courbe en fonction du temps de l'amplitude de l'électrode - la figure 2 représente un organigratse du procédé - la figure 3 représente scheatiquerent un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Un bref instant t0 après la mise en circuit dtun générateur de fréquence pour la production d'oscillations électriques et du transformateur pour la transformation en oscillations vécani- ques, la tête oscillante (électrode) raccordée- au transformateur a déjà atteint son régime d'oscillation comme cela est représenté par la courbe de l'amplitude (courbe 100 sur la figure 1). Pcndant le travail, l'amplitude change, elle peut par exemple être amortic par la plastification et la fusion des matières et la pression d'application de l'électrode. Les appareils ultrasonores dont le système d'excitation et l'électrode sont soigneusement accordés en résonance sont certes désaccordés par un tel amortissement, mais la plupart des appareils ultrasonores disponibles dans le commerce comportent un réajustage automatique à la résonance et à la puissance constante, de sorte que l'azplitu de n'est pas sensiblement modifiée. Sous-l'effet des fissures dans l'électrode, de défaillances de l'oscillateur et autres défauts, l'amplitude de l'électrode peut toutefois être fortement modifiée, par exemple elle peut descendre en dessous de la valeur inférieure désignée par UU et parvenir dans une zone 111 dans laquelle aucun travail satisfaisant ne peut plues hêtre obtenu. Elle peut toutefois aussi dépasser une limite supérieure Uo et atteindre une zone 110, l'électrode peut notamment ne pas être placée correctement sur la pièce ou il se peut par exemple que la pression nécessaire pour appliquer l'électrode sur la pièce ne soit pas atteinte. I1 se produit alors des oscillations excessives pouvant provoqus des fissures dans I électrode ou la pièce. Bien que les travaux défectueux ne doivent pas être attribués aux défauts de l'appareil sonore lui-même, la courbe de l'amplitude de l'électrode est, dans la plupart des cas, une grandeur de surveillance sare pour l'obtention d'un travail impeccable. Lors de la mise hors circuit, l'oscillation décroît également en un laps de temps inférieur à to. Sur la figure 3, on peut voir un générateur de fréquence électrique 1, un transformateur 2 d'oscillations, l'électrode 3, l'enclume 4 et une pièce 5, par exemple deux surfaces thermoplas- tiques à souder mutuellement-par points. A proximité de ltélec- trode- et de la pièce, est disposé un détecteur d'oscillations électrodynamiques 6 (convertisseur de mesure) dans lequel les oscillations de l'électrode sont converties en un signal électrique, par exemple une tension alternative. Un tel transformateur de mesure qui détecte sans contact l'amplitude d'un corps oscillant mécaniquement à proximité et qui la transforxe en une tension alternative est par exemple décrit dans le brevet RFA 14 97 777 et les types d'appareil SBV 752 et SBV 753 sont proposés par la firme SIEMENS. A une distance donnée, l'amplitude de la tension alternative délivre par le transformateur de mesure est largement linéaire par rapport à l'amplitude d'oscillations captée. Sur la figure 1, l!arplitude UV d'oscillations délivrée par le détecteur pendant le travail donc été portée en tant que mesure directe pour l'oscillation de l'électrode. Le détecteur d'oscillations peut en pareil cas être placé à une distance de quelques centimètres de l'électrode. mime si le détecteur d'oscillations est placé à proximitd de l'autre extrémité, opposée à la surface frontale de l'électrode reposant sur la pièce, de l'électrode, on peut, en surveillant l'oscillation captée par le détecteur, contrôler le fonctionnement impeccable de l'installation. Pour la mise en oeuvre du procédé, on effectue tout d'abord un contrôle d'essai. A cet effet, on amène tout d'abord l'électro- de 3 en position de travail par rapport à la pièce 5 à usiner et on met en circuit le générateur de fréquence 1. Cette mise en cir cuit est assurée par l'intermédiaire d'un interrupteur principal 7 qui enclenche l'alimentation en tension Ut de l'installation (oscillateur et dispositif de- surveillance). Sur le générateur de fréquence se trouve un autre interrupteur 9 qui enclenche l'alimentation de la haute fréquence dans le transformateur d' oscillations 2 et qui est tout d'abord ferré, mais qui, en service continu, peut être ouvert, par un relais 10 qui est mis hors circuit pendant le contre d'essai.La fermeture et l'ouverture des interrupteurs 7 et 9 sont désignées par 7+, 9+ et 7-, 9- sur la figure 2. Le détecteur d'oscillations 6 produit maintenant une tension alternative dont l'amplitude correspond à l'amplitude d'oscillations à surveiller. Cette tension alternative est redressée et amplifiée (étage amplificateur 11) l'anplification pouvant être modifiée par un potentiomètre 12. Grcc à ce potentiomètre, on a la certitude que les tensions injectées dans les parties suivantes du dispositif de surveillance se situent au voisinage d'une valeur de tension optimale UV de sorte que l'on utilise à fond la sensibilité du dispositif de surveillance et qu'on évite une surmodulation des différents composants électroniques. La grandeur de surveillance U délivrée par l'étage amplificateur 11, donc un signal de tension continue, est affichée sur un voltmètre numérique 13.En cas d'écarts notables de ce signal par rapport à la zone de mesure optimale Uv (UV aY U), l'interrupteur 9 s'ouvre et le potentiomètre 12 est réglé (désigné par UV sur la figure 2) de façon que la tension de mesure U se rapproche de la tension visée Uv. L'interrupteur 9 est alors refermé et le contrôle d'es- sai continu. A cet effet, la tension U est envoyée dans un dispositif avertisseur 14. Ce dispositif avertisseur comporte un étage comparateur 15 auquel est injectés, par l'intermédiaire d'unpotentiomètre 16, une tension U0 en tant que limite supérieure pour la zone optimale du signal U et ainsi de l'amplitude d'oscillations de l'électrode 3. Si la grandeur de surveillance U dépasse la limite supérieure Ug, il y a émission d'un signal de défaut actionnant un interrupteur 17 qui met en route un générateur de signaux optiques et/ou acoustiques 18, par exemple une. lampe-rouge.Cet étage comparateur est de préférence conçu de façon que lors des pauses, c'est-à-dire lorsque le transformateur de mesure ne délivre aucun signal ou un. signal situé-en dessous d'une faible va leur de seuil, aucun signal de défaut ne soit délivré. De façon analogue, une valeur limite inférieure UU pour la grandeur de surveillance U est, par l'intermédiaire d'un potentiomètre 20, injectée dans un autre étage comparateur 21, qui (ici aussi qu'en cas d'excitation du transformateur de mesure 6) délivre un signal de défaut correspondant pour UU ) U. Ce signal de défauts ferme un interrupteur 22 qui enclenche un autre générateur de signaux optiqueset/ou acoustiques 23, par exemple une lampe bleue. En cas de fermeture de l'un des interrupteurs 17 ou 22, le relais 10 est simultanément excité (par exemple par l'intermédiaire d'une porte OU 24).Pendant le contrôle d'essai, l'accouplement, réalisé par le relais 10, de la porte OU 24 avec-l'interrupteur 9 peut être interrompu de sorte que, l'électrode oscillant, les valeurs pour Uv, UU et U0 peuvent être réglées conformément aux conditions existantes, sans que le relais 10 en cas de dépassement de la limite inférieure UU ou de la limite supérieure U0 mette automatiquement hors circuit le générateur d'ultrasons. Pendant le service continu, tout écart de la grandeur de surveil-lance U par rapport à la zone optimale prédéterminée provoque toutefois une réponse du relais 10 et par conséquent l'arrêt de la génération d'oscillations. I1 est en outre préw un autre générateur 25 de signaux optiques ou acoustiques, par exemple une lampe verte qui, pendant le fonctionnement sans défaut du dispositif à ultrasons, délivre un signal correspondant. Ce générateur de signaux 25 est, par l'intermédiaire de la porte NI 27, excité par les signaux de défauts des dieux étages comparateurs. Comme pratiquement aucune puissance ne doit être interrompue par les signaux de défauts, les interrupteurs 17 et 22 peuvent être avantageusement constitués par des composants électroniqucs,pcur les étages compiurs y relatifs 15 et 21, il est avantageux de prévoir au moins un relais temporisé 26 qui permet un bref écart par rapport à.la zone optimale. I1 faut en effet en particulier que le signal avertisseur indiquant le dépassement de la limite inférieure ne réponde pas pendant le temps to, temps pendant lequel, lors de la mise en circuit de l'oscillateur, l'électrode commence à osciller pour atteindre son régime de service, ou, lorsqu'à la fin d'un service sans défaut, l'oscillation de l'électrode décroSt. Cela peut par exemple être obtenu au moyen d'une mémoire qui mémorise l'écart de la grandeur de surveillance U par rapport à la zone optimale et ne délivre, qu'après le temps to, l'ordre de mettre hors circuit les interrupteurs correspondants si, pendant ce temps, l'amplitude du son n'a pas atteint les oscillations de la zone optimale ou que le travail a été arrêté de l'extérieur par exemple par l'intermédiaire de l'interrupteur 9. L'ouverture de l'interrupteur 9 marque la fin de l'essai et l'installation est prête pour la fabrication après que les valeurs appropriées pour UV, Uu et uo bnt été réglées. Le régime continu commence lorsque l'on maintient l1inter- rupteur 7 fermé et qu'ainsi ltoscillateur et le dispositif de surveillance sont prêts à fonctionner. La pièce et l'électrode sont amenées en position de travail et l'interrupteur 9 fermé. Simultanément, les interrupteurs 17 et 22 ainsi que le relais 10 sont amenés à la position de repos, ce qui peut s'effectuer automatiquement par actionnement de l'interrupteur 9 ou par un ordre d'extinction propre. Pendant le travail, la lampe verte 25 s'al- lume soit jusqu'à ce que les étages comparateurs 15 et 21 annoncent un écart par rapport à la zone optimale, allument les lai- pes correspondantes 18,23 et/ou ouvrent automatiquement l'interrupteur 9, soit jusqu'à ce que l'interrupteur 9 soit ouvert i la main i la fin d'un travail exempt de défaut.Un cycle de travail se termine donc à l'ouverture de l'interrupteur 9 (l'interrupteur principal 7 étant fermé) et en cas d'une perturbation, l'une des lampes s'allume (générateur de signaux). on peut alors soit fermer l'interrupteur 9 pour le cycle de travail suivant en rouvrant les interrupteurs 17 et 22, soit, à la fin de la série des travaux, ouvrir l'interrupteur principal 7. L'ouverture et la fermeture de l'interrupteur 9 au début et à la fin d'un cycle de travail non perturbé peut aussi s'effectuer au moyen d'un dispositif automatique accordé à un temps de travail optimal. A la fin d'un cycle de travailperturbé, les lampes 18 et 23 restent allumées, même après la mise hors circuit de l'électrode, de sorte qu'en cas d'une perturbation, on peut constater si c'est la zone optimale supérieure ou inférieure qui a été dépassée. Si l'on prévoit un dispositif automatique, celui-ci est mis hors circuit par le relais 10, de sorte qu'il se produit une pause permettant l'élimination du défaut.Lorsque les travaux aux ultrasons sont exécutés dans le cadre d'une chaine de production, le dispositif automatique est commandé à la cadence de cette chaste qui est arrêtée par la mise hors circuit du dispositif automatique. Dans de nombreux cas, l'amplitude des oscillations ne peut pas être maintenue constante pendant un cycle de travail. Cela peut être dt au fait que l'asservissesent automatique de la fréquence et de la puissance ne suffit pas en cas de variations des conditions d'amortissement. I1 se peut aussi toutefois que l'on désire faire varier l'amplitude des oscillations en fonction de la plastification croissante des pièces à usiner, par exemple pour contrôler un enfoncement de l'électrode appliquée sur la pièce. Dans de pareils cas, la courbe d'amplitude recherchée (courbe 101 de la figure 4) se modifie pendant le cycle de travail, bien que pour tous les cycles de travail, on recherche une courbe d'amplitude constante. Dans coe cas, les valeurs prédéterminées pour UU (courbe 102) et Ug (courbe 103) et également aussi UV (courbe 104) sont asservies. Grace à l'invention, les travaux effectués avec des appareils sonores ou ultrasonores se trouvent simplifiés au point de pouvoir être surveillés également par un personnel non spécialisé, et ce, sans que d'importants rebuts ne soient à craindre. REVENDICATIONS 1.- Procédé de surveillance pour appareils sonores et ultrasonores, caractérisé par le fait que l'amplitude des oscillations produites par l'électrode de 1'appareil est détectée sans contact, qu'après le démarrage du genérateur d'oscillations, on produit une grandeur de surveillance électrique correspondant à l'amplitude et que la grandeur de surveillance est comparée à des valeurs réglables qui correspondent aux valeurs limites de la zone optimale de l'amplitude sonore, et qu'en cas de valeurs supérieures ou inférieures à ces valeurs limites, un signal de défaut est émis. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le signal de défaut arrête automatiquement ltoscillateur. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le signal de défaut est transformé en signaux prolon gés optiques et/ou acoustiques. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que des signaux prolongés différents sont produits pour le dépassement de la valeur limite suprieurc et pour le dépassement de la valeur limite inférieure. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'en cas d'écarts seulement très brefs par rapport à la zone optimale, au moins le signal de défaut pour dépassement de la valeur limite inférieure ne se produit pas. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé par- le fait que les signaux prolongés restent maintenus à la mise hors circuit de l'oscillateur et sont arrêtés à la main. 7.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'en cas de maintien de la zone optimale, un signa est émis pour indiquer le fonctionnement sans défaut. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le signal pour le fonctionnement sans défaut s'éteint après mise hors circuit de l'oscillateur. 9.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé-selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte un détecteur d'oscillations qui transforme leur aplitude en une grandeur de surveillance électrique, des générateurs de valeurs limites réglables pour une valeur limite supérieure et une valeur limite inférieure de la grandeur de surveillance, et un dispositif avertisseur qui délivre un signal de défauts en cas de dépassement de la valeur limite supérieure et de la valeur limite inférieure. 10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il comporte des potentiomètres en tant que génerateurs de valeur limite. 11.- Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé par le fait qu'il comporte un relais accouplé au dispositif avertisseur pour la mise hors circuit de l'oscillateur de l'appareil sonore ou ultrasonore. 12.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé par lestait qu'il comporte un premier générateur de signaux optiques et/ou acoustiques qui délivre un signal pour le service exempt de défauts aussi longtemps que le dispositif avertisseur ne réagit pas. 13.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé par le fait qu'il comprend un premier interrupteur actionné par le signal de défaut du dispositif avertisseur et répondant à tout dépassement de la valeur limite supérieure. 14.- Dispositif selon la revendication 13, caractérisé par le fait que pour le dépassoment de la valeur limite supérieure, il comporte un deuxième générateur de signaux optiques et/ou acoustiques enclenché par le premier interrupteur. 15.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 14 caractérisé par le fait qu'il comporte un deuxième interrupteur actionné par le signal de défaut du dispositif avertisseur et qui répond en cas de dépassement de la valeur limite inférieure. 16.- Dispositif selon la revendication 15, caractérisé par le fait que pour le dépassement de la valeur limite inférieure, il comporte un troisième générateur de signaux optiques et/ou acoustiques enclenché par le deuxième interrupteur. 17.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications Il à 16, caractérisé par le fait qu'il comporte. une remise au repos des interrupteurs.