Brevet FR2493800A1 — publié le 19820514

1. La présente invention concerne les installations de remplissage de récipient, et plus particulièrement, un procé- dé et un dispositif de dosage de matériau de remplissage de récipients dans une machine de remplissage à dosage pondérai. Le dosage pondérai s'impose de plus en plus dans les installations de remplissage en matériaux liquides ou divisés, par exemple dans les industries alimentaires ou pharmaceuti- ques, en raison de l'obtention de résultats plus précis et plus fiables par rapport aux installations à dosage volumé- trique. Cette technique nécessite l'aménagement, pour chaque tête de remplissage, d'une balance de pesage associée à des moyens de détection pour commander la tête de remplissage en fonction du poids de matériau de remplissage effectivement délivré. Jusqu'à présent, en raison des conditions sévères d'utilisation de tels matériels, on prévoyait, associé à un élément mobile de la balance, un moyen de détection du type à détection de proximité, comme décrit dans le brevet français no 2.098.780 au nom de l'inventeur. Cette technique à comman- de par tout ou rien donne toute satisfaction en ce qui concer- ne la robustesse de la fiabilité d'utilisation mais présente l'inconvénient de devoir tenir compte et corriger par ailleurs des paramètres fluctuants des installations de remplissage, tels que par exemple ceux relevant du tarage des récipients vides ou du poids de la colonne de matériau délivré entre la 2. sortie de la tête de remplissage et le récipient, imposant le recours à des moyens de correction des détecteurs de pro- ximité comme décrit par exemple dans la demande de brevet français n0 78/1787 au nom de la demanderesse. La présente invention a précisément pour objet de proposer un procédé et un dispositif de dosage de matériau de remplissage de récipients dans des machines de remplissa- ge à dosage pondéral, obviant aux inconvénients ci-dessus, offrant, tout en conservant une grande fiabilité en utilisa- tion, une grande souplesse d'utilisation en intégrant des com- posants logiques programmables et permettant de moduler les conditions de fonctionnement de l'installation, soit en injec- tant des données imaige de paramètre spécifiques, soit automa- tiquement en cours de fonctionnement. Pour ce faire, le procédé selon la présente inven- tion, mis en oeuvre dans une machine de remplissage compre- nant au moins un poste de remplissage/pesage avec une tête de remplissage, une balance de pesage à équipage en parallé- logramme, des moyens de détection étant associés au disposi- tif de pesage pour commander la tête de remplissage, consiste à coupler mécaniquement à un élément mobile de l'équipage de la balance un capteur de force et à transmettre de façon con- tinue le signal de sortie du capteur à une unité logique pro- grammable à mémoire fournissant un signal de commande à la 2re tête de remplissage lorsque la valeur de poids détectée at- teint une valeur déduite et corrigée de la valeur nominale en- registrée. Selon une autre caractéristique de la présente inven- tion, le dispositif de dosage pour une telle machine de rem- plissage, plus particulièrement mais non exclusivement du type à carrousel multipostes, comprenant au moins un poste de rem- plissage avec une tête de remplissage commandable et une ba- lance de pesage à équipage en parallélogramme, des moyens de détection étant associés à la balance de pesage pour fournir un signal de commande à la tête de remplissage, comprend un capteur de force couplé mécaniquement à un élément mobile d'équipage de la balance et relié à une première entrée d'une 3. unité logique programmable à mémoire comprenant une seconde entrée de commande et de mise en mémoire,et dont la sortie est reliée à la tête de remplissage. Outre les problèmes de conditions sévères d'utilisa- tion,pour ce qui est de la température et de l'humidité,les ma- chines de remplissage,notamment du type à carrousel,se sont révélées jusqu'à présent rebelles à l'intégration de composants électroniques en raison notamment des hauts niveaux de vibra- tion dans de larges gammes de fréquence rencontrés dans de tel- les machines.La demanderesse,forte de son expérience de plu- sieurs années dans le domaine du dosage pondéral,et à la suite de nombreuses expériences,s'est rendue compte que l'utilisation d'un transducteur de force,par exemple du type à jauge de con- trainte,ne pouvait se faire qu'en association avec une balance de pesage à équipage en parallélogramme,dont la robustesse et sa capacité à "encaisser" les couples parasites inéluctablement induits sur le plateau de mesure dans les installations à gran- de cadence autorisaient néanmoins,grâce à la faible inertie de ces balances,équipées de roulements d'articulation,des capaci- tés de mesure extrêmement fines.En effet,notamment dans les carrousels de remplissage,outre les problèmes inertiels tenant au caractère rotatif de l'installation,les récipients,par exem- ple les bouteilles,pour être correctement positionnés au-dessous des têtes de remplissage sont mis en place dynamiquement lors de leur chargement sur le carrousel de remplissage par des bri- des de centrage,telles que celles représentées sur la figure 1 et transmettent alors des couples parasites importants et variables à l'équi- page de pesée qui rendent illusoire en raison,en outre,des variations im- portantes de localisation du centre de gravité du récipient,un accouplement mécanique direct entre le plateau de réception/pesage et un transducteur de force. Selon une autre caractéristique de la présente inven- tion, le capteur de force étant du type à lame sensible et à jauge de contrainte, le couplage mécanique entre le cap- teur et l'élément mobile ou fléau de l'équipage de la balan- ce est réalisé par un cable de traction. En effet, en raison des taux de vibration susmention- 4. nés, la demanderesse a constaté que le signal de sortie d'un transducteur fonctionnant en compression était quasi- ment inutilisable dans une machine de remplissage, alors que la sollicitation en traction, plus particulièrement par un câble souple, permet de diminuer avec un facteur de 10 les effets des vibrations sur la lame sensible du capteur. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un poste de pesage d'un carrousel de remplissage à dosage pondéral équipé du dispositif selon la présente invention; et La figure 2 est une vue en plan d'une telle instal- lation de remplissage permettant d'apprécier les séquences du procédé de contrôle de dosage avec le dispositif de la figure 1. Sur la figure 2, on reconnaît un carrousel de rem- plissage multipostes 1 alimenté en récipients à remplir par un carrousel de transfert amont 2 prélevant les récipients 3 sur un convoyeur linéaire 4,les récipients remplis dans le carrousel de remplissage 1 étant soustraits à ce dernier et remis en circulation sur le convoyeur linéaire 4 par un car- rousel de transfert de sortie 5. Le carrousel de remplissa- ge 1 est pourvu d'un certain nombre de postes de pesage (ty- piquement 12 ou 24) du type représenté sur la figure 1. Sur cette figure 1, on reconnaît la tête de remplis- sage 6, par exemple du type à commande de clapet électroma- gnétique, disposée à l'aplomb d'un plateau récepteur 7 d'une balance de pesage du type à équipage à parallélogramme, géné- ralement référencée 8. La balance 8 se compose d'une colonne porteuse 9, montée sur un bâti 10 solidaire de l'arbre creux 11 du carrousel, d'une colonne flottante 11, et d'un fléau in- férieur 12, le parallélogramme étant complété par une traver- se supérieure 13, ces différents éléments étant articulés les uns par rapport aux autres au moyen de roulement à bille tel 5. que celui figuré en 14. Selon la présente invention, la balan- ce 8 a une configuration particulièrement compacte, avec la hauteur moyenne des colonnes supérieure ou double de la lon- qsueur des traverses. Le plateau 7 est relié à la colonne flot- tante 11 par un montant tubulaire creux 15. Conformément à un aspect de la présente invention, pour ajuster la mise à niveau du plateau de balance 7 avec le plateau 16 du carrousel, le montant 15 a son extrémité infé- rieure portant sur une came à surface évolutive 17 commanda- ble par un arbre 18, le montant 15 étant fixé sur la colon- ne flottante 11, une fois mis à niveau, par des plaques de bridage 19. Les différentes balances du carrousel 1 sont traditionnellement logées dans un carter comprenant un capot supérieur 20 et une jupe périphérique externe 21. Pour éviter les projections des matériaux de remplissage à l'intérieur du carter, au montant 15 du plateau 7 est associé un système de labyrinthe à cylindres 22, comme représenté sur la figure 1. Le plateau 7 est traditionnellement équipé de brides ouver- tes 23 de centrage des récipients, situées, pour les bouteil- les au niveau du col de ces bouteilles et induisant les pro- blémés de couples parasites susmentionnés. L'équipage de ba- lance 8 peut être complété par un contrepoids 24, monté sur une extension du fléau 12, quoique ce contrepoids induise des problèmes de couples: inertiels nécessitant une compensa- tion massique de l'autre côté de la balance, un tel contre- poids n'étant pas nécessaire avec le capteur de force selon la présente invention. Le transducteur de force 25, comportant une lame sensible 26 à jauge de contrainte, est monté sur un étrier 27, sensiblement dans le prolongement de la traverse supérieu- re 13, l'étrier 27 étant fixé par les extrémités intérieures de ses branches latérales à la colonne support 9. Conformé- ment à la présente invention, cette colonne support 9 est en outre fixée au bâti 10 avec interposition d'éléments élasti- ques en élastomère 28, par exemple du type dit "Silent-Block". La lame sensible 26 du capteur 25 est couplée mécaniquement à l'extrémité extérieure du fléau 12 par un céble 28 exerçant 6. normalement une traction sur la lame sensible dans une di- rection perpendiculaire au plan de celle-ci. Conformément à un aspect de la présente invention, le céble 28 traverse l'orifice de la lame sensible 26 et un ressort hélicoïdal 29, à l'extrémité supérieure duquel est reliée l'extrémité adja- cente du câble 28,le ressort 29 portant par une coupelle pro- filée sur la lame 26. Le ressort 29 est du type à grande rai- deur et conçu pour commencer à s'écraser sous l'application d'une force de compression de l'ordre de 20 kg, c'est-à-dire largement supérieure au poids normal des récipients remplis à peser par la balance. Pour des poids de récipients à mesu- rer de l'ordre de 2 à 5 kg, le capteur 25 est choisi avec une lame sensible de la classe des 20 kg. Pour éviter tout en- dommagement accidentel de la lame sensible, le débattement angulaire vers le bas du fléau 12 est limité par une butée réglable 30. Conformément à la présente invention, la sortie du capteur de force 25 est acheminée par une ligne 31 à une en- trée de mesure 32 d'une unité logique programmable à micro- processeur 33, logée dans un support avec amortisseur au- dessous de l'équipage de balance 8. L'unité logique à mémoi- re 33 comprend au moins une seconde entrée 34, permettant l'injection en mémoire de données déterminées et l'inscrip- tion de pas de programme déterminés. Une sortie de calcul 35 de l'unité logique 33 est reliée par une ligne 36, à la tête de remplissage 6, pour en commander sélectivement l'ouverture. et la fermeture en fonction de conditions élaborées par l'uni- té logique 33,typiquement lorsque la valeur de poids mesurée par le capteur,convertiÉ en numérique, atteint une valeur in- terne affichée. Le procédé de contrôle de dosage selon la présente invention sera maintenant explicité plus en détail en réfé- rence avec le schéma d'implantation de la figure 2. Au début d'un cycle de remplissage, les données propres à ce cycle, no- tamment les valeurs de poids désirées selon le type de pro- duits à remplir et les dimensions des récipients,sont injec- tées par l'entrée 34 dans les unités logiques 33 des balan- 7. ces des différents postes de remplissage du carrousel 1. Sup- posons par exemple que le poids désiré du matériau de rem- plissage du récipient soit de 1000 grammes. Avec le procédé de l'invention, on ne se préoccupe pas d'effectuer au préala- ble une détermination moyenne des tares des récipients à rem- plir non plus que de la valeur moyenne de la colonne de li- quide ou de produit divisé évoqué dans la partie introduc- tive de la description. On affecte simplement dans les unités logiques 33 une valeur désirée initiale inférieure au poids requis, par exemple 900 grammes. Un premier passage de réci- pients fournis par le convoyeur linéaire 4, permet, pour les postes de remplissage successifs, aux capteurs associés 25 de transmettre aux unités logiques 33 correspondantes, lors de la première phase de transfert angulaire A-B depuis la zone de chargement A, (angle A-B de l'ordre de 15 à 200), des signaux de mesure leur faisant prendre en compte le poids de la tare constituée par chaque récipient, ce qui permet de re- caler les registres de l'unité logique 33 pour lui faire ef- fectuer une mesure continue en poids net lors de la phase de transfert angulaire B-C en amont de la zone de déchargement D, c'est-à-dire avant que des éléments structurels du carrou- sel de transfert 5 ne commencent à venir en contact avec les récipients. L'angle C-D est choisi de l'ordre de 10 à 150. En fonction du calibrage volontairement minoré de ce cycle de démarrage, l'unité logique 33 aura fourni, par sa sortie , un signal de fermeture de la tête 6 lorsque la valeur détectée par le capteur 25 - décalée de la prise en compte initiale du tarage - aura atteint 900 grammes, et ce, en amont de la zone angulaire C. Une fois la commande de la tête 6 effectuée, l'unité logique 33 enregistre le poids réel du récipient rempli, et, pendant la phase de transfert angulai- re à vide D-A, effectue la comparaison avec la valeur désirée enregistrée pour la corriger en tenant compte ainsi des para- mètres propres au cycle de remplissage considéré, tels que le poids de colonne de matériau ou la force d'impact de celui- ci selon le débit de remplissage, de sorte que la valeur pri- se en compte dans le cycle suivant pour commander la tête de 8. fermeture sera différente de la valeur exacte désirée et de la valeur initialement affichée pour fournir, dès ce second cycle, le décalage du tarage s'effectuant à chaque fois lors du transfert A-B, le poids exact requis, en l'occurrence 1000 grammes à + 5 grammes. Le procédé selon la présente invention permet en ou- tre de tenir compte de quantités non désirées de matériau sur les plateaux 7,provenant par exemple de fuites de réci- pients précédents et d'actionner, par une sortie 37, un dis- positif d'alarme et/ou d'affichage, signalant le mauvais fonctionnement d'une tête tel que détecté lors de la phase de comparaison dans la phase de transfert angulaire D-A. Quoique la présente invention ait été décrite en re- lation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 9. REVENDICATIONS 1 - Procédé de contrôle de dosage de matériau de remplissage de récipients dans une machine de remplissage à dosage pondérai, comprenant, en au moins un poste de remplis- sage, une tête de remplissage, une balance de pesage à équi- page en parallélogramme et des Moyens de détection associés à la balance pour commander sélectivement la tête de remplis- sage, caractérisé en ce qu'il consiste à coupler mécanique- ment à un élément mobile (12) de la balance (8) un capteur de force (25, 26) et à transmettre de façon continue le signal du capteur à une unité logique programmable à mémoire (33) fournissant un signal de commande (35) à la tête de remplis- sage (6) lorsque la valeur détectée du poids atteint une va- leur déduite et corrigée d'une valeur nominale enregistrée. 2 - Procédé de contrôle de dosage selon la revendi- cation 1, dans un carrousel de remplissage multipostes alimen- té en récipients à remplir en une zone de chargement et déli- vrant les récipients remplis en une zone de déchargement, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes d'effectuer une prise en compte par l'unité logique (33) de la tare du réci- pient à peser sur une plage angulaire de la tête de remplissage (6). 3 - Procédé de contrôle de dosage selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que, au début d'un cycle de remplis- sage, il comprend en outre l'étape d'effectuer dans l'unité logique (33) lors du trajet angulaire à vide, entre la zone de déchargement (D) et la zone de chargement (A), une compa- raison entre la valeur du poids effectif mesuré d'un réci- pient rempli venant d'être déchargé et la valeur nominale enregistrée pour corriger cette dernière. 4 - Dispositif de contrôle de dosage de matériau de remplissage de récipients dans une machine de remplissage à dosage pondéral, comprenant, en au moins un poste de remplis- sage, une tête de remplissage, une balance de pesage à équi- page en parallélogramme et des moyens de détection associés à la balance de pesage pour fournir un signal de commande à 10. la tête de remplissage, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de force (25, 26) couplé mécaniquement (28) à un élé-:. ment mobile (12) de la balance (8) et dont la sortie électrique (31) est reliée à une première entrée (32) d'une unité logique programmable à mémoire (33) comprenant une seconde entrée (34) de commande d'adressage et de mise en mémoire et dont la sortie de calcul (35) est reliée à la tête de remplissage (6). - Dispositif selon la revendication 4, caractéri- sé en ce que le capteur (25) est.du type à lame sensible à jauge de contrainte (26), le couplage mécanique entre le cap- teur (25) et l'élément mobile (12) de la balance (8) étant réalisé par un câble de traction (28). 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractéri- sé en ce que le couplage entre la lame sensible (26) du cap- teur (25) et l'extrémité adjacente du câble (28) s'effectue par l'intermédiaire d'un ressort calibré à raideur élevée (29). 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 6, caractérisé en ce que la balance (8) comprend un dispositif de réglage à came (17, 18) avec lequel coopère le montant (15) support du plateau (7) de la balance pour ajuster le niveau du plateau. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 4-à 7,pour carrousel de remplissage multipostes,ca- ractérisé en ce que la colonne support (9) de chaque équipage de balance (8) est montée sur le bâti tournant (10) du carrou- sel avec interposition d'éléments amortisseurs élastiques (28). 9 - Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les balances des différents postes de remplissage sont logées dans un carter de protection, caractérisé en ce qu'il comprend un système de labyrinthe à cylindres (22) au niveau de la traversée du carter (20) par le montant (15) support de pla- teau (7). - Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 4 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'alarme et/ou d'affichage relié à une seconde sortie (37) de l'unité logique (33).