Brevet FR2509923A1 — publié le 19830121

La présente invention concerne un circuit d'évaluation d'u: signal électrique de couple sur un outil portatif, notamment une perceuse, comportant un premier dispositif de détection servant à comparer la grandeur du signal de couple avec un (premier) seuil prédéterminé, un signal de déclenchement étant produit dans le cir- cuit lors d'un dépassement d'un seuil prédéterminé. Un circuit de ce genre est connu d'après la demande de brevet allemand DE-OS 24 42 260. Par l'expression "signal électrique de couple", on entend dans la suite de la description en premier lieu un signal électrique qui est produit par la conversion d'une valeur mécanique, corres- pondant au couple, à l'aide d'un organe de mesure et éventuellement par d'autres transformations (par exemple par un amplificateur). Cela désigne en premier lieu un signal tel que celui produit par exemple par une bande de mesure d'allongement entre une poignée et un carter d'une perceuse Cependant l'expression précitée doit en- glober également des signaux qui sont produits par exemple par un accéléromètre ou des dispositifs analogues, sous l'effet d'un mou- vement brusque de rotation du carter de la perceuse, provoqué par exemple par un blocage de l'outil A cet égard, le signal d'accélé- ration de l'accéléromètre peut être converti, par exemple par une double intégration, en un signal course/temps et il peut ensuite être appliqué à un circuit d'évaluation. Dans la demande de brevet allemand DE-OS 24 42 260, on obtient, par l'intermédiaire d'une bande de mesure d'allongement disposée entre une poignée latérale et le carter, et qui sert d'or- gane de mesure de couple, un signal qui agit sur le moteur de la perceuse et qui l'arrête, notamment lors du dépassement d'un seuil déterminé du signal. Le circuit connu d'après la demande de brevet allemand DE-OS 24 42 260 ne tient cependant pas compte suffisamment des conditions compliquées existant en pratique, de sorte qu'il se produit fréquemment des erreurs de déclenchement ou bien une absence de déclenchement dans un cas o ce dernier devrait se pro- duire. Par exemple il peut se produire dans le cas d'une per- ceuse, lors d'un perçage latéral d'un fer d'armature, par exemple par un foret, un blocage de l'outil en environ 10 ms, ce qui est inférieur au temps de réaction de l'opérateur, même dans le cas d'un phénomène attendu ( 200 à 250 ms) En conséquence dans ce cas, -2- le circuit et le système actif influencé par lui (par exemple un embrayage), doivent agir correctement pour éviter une blessure. D'autre part, il peut se produire un simple coincement de l'outil, par exemple à chaque demi-tour de ce dernier, mais cepen- dant, sous l'effet d'une réaction définie, l'opérateur ne doit pas à chaque fois provoquer une interruption de l'opération de perçage D'après des mesures et observations qui ont été effectuées, il s'avère que l'apparition initiale du coincement se manifeste sous la forme d'une augmentation de couple relativement grande mais limitée Cela se produit par le fait que la poignée est maintenue de façon lache Dans le cas du coincement, la poignée produit une brusque secousse contre l'ensemble formé par le bras et la main. Après que les muscles de l'opérateur ont été tendus, la transmis- sion de la force dans le système poignée latérale-main-bras s'effec- tue de façon élastique et amortie Il en résulte une atténuation des crêtes de couple Un circuit utilisable en pratique devrait également tenir compte de cette variation du couple Le temps d'augmentation (c'est- à-dire le temps pendant lequel une arête de coupe de l'outil est en prise par exemple avec un fer d'armature, c'est-à-dire le temps pendant lequel le couple augmenté agit) est d'environ 120 ms dans le cas d'un coincement. En outre il peut également se produire ce qu'on appelle un vrillage, c'est-à-dire une augmentation du couple sur la poignée latérale, avec un temps de montée de couple relativement long, de l'ordre de 1 000 ms Cela se produit par exemple lors d'un perçage tangentiel dans du fer, sous l'effet de défauts d'homogénéité de béton ou bien d'un mauvais guidage de la machine Le circuit de- vrait permettre un certain effet de vrillage mais cependant réagir en cas de blocage brusque ou de fortes surcharges. L'invention a en conséquence pour but de fournir un cir- cuit d'évaluation du type défini ci-dessus, qui permet de tenir compte des nombreuses conditions de marche d'un outil, dont le couple varie rapidement sous l'effet de perturbations, notamment dans le cas d'une perceuse, ce circuit fournissant correctement un signal de déclenchement en cas de danger mais n'exerçant cependant aucune action inutile dans le cas de perturbations qui ne sont que temporaires ou de courte durée. Ce but est atteint par un perfectionnement du circuit connu à l'aide d'un intégrateur qui assure en fonction du signal de sortie du premier dispositif de détection l'intégration du signal -3- de couple et qui comporte un second dispositif de détection servant à comparer la grandeur du signal de sortie de l'intégrateur avec un second seuil prédéterminé et dont le signal de sortie provoque la génération du signal de déclenchement. Le dispositif de détection servant à comparer la grandeur du signal de couple avec un seuil prédéterminé doit être considéré dans la suite en premier lieu comme un dispositif de détection qui produit un signal discret suivant que le signal à comparer se trouve au-dessus ou en-dessous du seuil déterminé Il est cependant égale- ment possible d'utiliser le cas échéant dans ce cas également un dispositif dont le signal de sortie est fonction non seulement de la direction mais également de la grandeur de la différence entre le signal à comparer et le seuil La dépendance de l'intégration du signal de couple par rapport au signal de sortie du premier disposi- tif de détection peut à cet égard faire intervenir le début et la fin de l'intégration, mais cependant par exemple également une modification des constantes de temps et/ou des constantes d'intégra- tion. Par l'expression "signal de déclenchement", on doit en- tendre dans ce cas un signal qui déclenche automatiquement un pro- cessus dans l'appareil (par exemple la perceuse), par exemple un arrêt du moteur ou bien l'actionnement d'un embrayage, ou amorce ces processus lors de sa génération. Le circuit selon l'invention présente notamment l'avantage de permettre d'obtenir avec des moyens simples un circuit de protec- tion qui soit particulièrement bien adapté aux conditions pratiques d'utilisation, notamment dans le cas d'une perceuse. Avantageusement, le premier dispositif de détection com- porte un amplificateur opérationnel à l'entrée d'inversion duquel est appliqué le signal de couple et dont l'entrée de non-inversion est reliée à un diviseur de tension variable et, par l'intermédiai- re d'une résistance, à la sortie de l'amplificateur opérationnel. Cet agencement procure en particulier l'avantage que, tant que le signal appliqué à l'entrée de non-inversion est inférieur à un seuil établi par le diviseur de tension variable, le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel se trouve à un premier seuil alors que, lors du dépassement du seuil établi par le diviseur de tension, le signal de sortie se trouve à un second seuil A l'aide de ce signal discret de sortie de l'amplificateur opérationnel, il est possible d'assurer ensuite par exemple l'enclenchement ou -4 2509923 l'arrêt et/ou l'effacement de l'intégrateur. Avantageusement, le second dispositif de détection compor- te un amplificateur opérationnel à l'entrée d'inversion duquel est appliqué le signal de sortie de l'intégrateur et dont l'entrée de noninversion est reliée à un diviseur de tension variable et, par l'intermédiaire d'une résistance, à la sortie de l'amplificateur opérationnel. Cela offre l'avantage que, sous l'effet d'un changement de seuil à la sortie de l'amplificateur opérationnel, un processus de commande, par exemple l'arrêt de la perceuse ou bien l'actionnement d'un embrayage, est effectué ou amorcé L'agencement analogue des deux dispositifs de comparaison simplifie et rend également moins coûteuse la structure d'ensemble du circuit. Avantageusement, l'intégrateur intègre le signal de couple pendant la durée de dépassement du seuil par le signal de couple. Cet agencement offre notamment l'avantage que, dans le cas d'un dépassement par excès d'un seuil considéré comme dangereux et réglé en correspondance, l'intégration est amorcée, mais non cependant encore le déclenchement alors que, lors d'un dépassement par défaut dudit seuil, l'intégration est immédiatement arrêtée. Dans une variante avantageuse, le dépassement par excès du seuil par le signal de couple déclenche l'intégration tandis que la décroissance du signal de couple jusqu'à une seconde valeur plus faible que le seuil de déclenchement d'intégration provoque l'arrêt de l'intégration. Cette variante offre notamment l'avantage que, en cas de dépassement par défaut du seuil, qui peut être seulement d'une très courte durée, l'intégration n'est pas interrompue de sorte qu'un signal continuant à se produire et signalant au moins encore une certaine perturbation, provoque cependant un déclenchement de l'ap- pareil seulement au bout d'une plus longue période. Avantageusement la valeur d'intégration est effacée à la fin de l'intégration En conséquence des perturbations qui ne sont cependant pas suffisantes pour provoquer un déclenchement ne sont pas additionnées pour une longue période de temps On choisit un agencement de circuit de ce genre notamment lorsque des personnes expérimentées utilisent l'appareil Avantageusement l'effacement peut être effectué par l'intermédiaire d'une résistance. Dans un autre mode avantageux de réalisation, la valeur de l'intégration est également mémorisée après l'arrêt de l'inté- -5- gration Ce but peut être atteint en n'effaçant pas l'intégrateur ou bien en introduisant la valeur correspondante dans un dispositif à mémoire particulier et en la faisant traiter par celui-ci Il est ainsi possible de tenir compte des conditions de marche qui ne devraient pas conduire à un déclenchement dans un cas particulier mais dont la somme pourrait cependant provoquer un endommagement de l'appareil. Avantageusement l'intégrateur comporte un condensateur d'intégration dont les bornes sont reliées par une voie de commande excitée par le signal de sortie du premier dispositif de détection. Cela permet d'obtenir une solution qui est particulière- ment avantageuse en ce qui concerne la technique des circuits et qui fait en sorte que le condensateur soit à nouveau déchargé après chaque terminaison d'un processus d'intégration. Avantageusement, la voie de commande est constituée par un transistor à effet de champ Cela permet, notamment dans le cas d'un signal étagé fourni par le premier dispositif de détection, d'obtenir en toute sécurité une commutation ou une décharge du con- densateur. D'une manière particulièrement avantageuse, l'intégrateur est agencé sous la forme d'un intégrateur-inverseur Cela procure notamment l'avantage que le signal de couple peut être constamment appliqué, quand le signal de sortie du dispositif de détection sert au court-circuitage ou à l'ouverture des bornes du condensateur d'intégration, à l'entrée de l'intégrateur Dans le cas o le con- densateur est court-circuité, un signal nul est alors appliqué à la sortie de l'amplificateur opérationnel de l'intégrateur-inver- seur En outre, par utilisation d'un troisième amplificateur opé- rationnel, le circuit est encore simplifié et par conséquent rendu moins coûteux. Avantageusement, il est prévu plusieurs premiers disposi- tifs de détection qui sont réglés à des seuils différents et qui modifient, aussitôt que la valeur de leur seuil est dépassée par le signal de couple, la constante de temps de l'intégrateur. Cela procure notamment l'avantage que la variation du signal de couple est encore mieux captée dans ses détails et peut être traitée en correspondance La commande de l'intégrateur par l'intermédiaire de la constante de temps fournit alors une possi- bilité particulièrement intéressante. Avantageusement, il est prévu plusieurs intégrateurs pour -6 2509923 effectuer l'intégration du signal de couple, ces intégrateurs étant associés chacun à un, ou le cas échéant plusieurs, premiers dispo- sitifs de détection, les seuils des différents dispositifs de dé- tection étant réglés à des valeurs différentes. Cela procure notamment l'avantage de pouvoir très bien différencier les divers cas de perturbation, notamment un blocage, un vrillage et un coincement, et grâce à la possibilité de déclen- chement parallèle en cas de dépassement d'une valeur perturbatoire critique seulement, d'obtenir un arrêt plus sûr de l'appareil par le circuit. Avantageusement, le ou les intégrateurs sont des intégra- teurs rapides Des intégrateurs de ce genre conviennent notamment pour des perturbations se traduisant par une très brusque augmenta- tion de la force s'exerçant sur la poignée latérale ou de retenue de l'appareil équipé du circuit Une telle perturbation est par exemple constituée par le blocage Un intégrateur réglé en relation avec un coincement ou un vrillage peut alors réagir avec une trop forte inertie On associe à cet intégrateur rapide avantageusement un premier dispositif de détection ayant un seuil supérieur. L'intégrateur rapide comporte un très court temps de mon- tée, de sorte qu'un embrayage actif est actionné très rapidement en cas de besoin Des perturbations à l'enclenchement se produisant dans le cas d'un marteau perforateur et sous l'effet de champs parasites ne peuvent par contre pas produire un déclenchement. Leur amplitude peut évidemment atteindre également le maximum su- périeur, ce qui pourrait provoquer sans intégration un actionnement de l'embrayage actif Cependant du fait que ces valeurs de crête se produisent dans un temps très limité, un intégrateur agencé en correspondance n'atteint pas la tension de commande du second dis- positif de détection. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel: La figure 1 est un schéma d'ensemble d'un mode avantageux de réalisation d'un circuit d'évaluation conforme à l'invention, La figure 2 représente un exemple d'un signal d'entrée, La figure 3 représente le signal de sortie du premier dispositif de détection, et La figure 4 est un schéma synoptique d'un dispositif dans lequel on peut utiliser le circuit d'évaluation conforme à l'in- vention. Le signal de couple Ve, variable et représenté à titre d'exemple sur la figure 2, est appliqué à la borne d'entrée 2 de la figure 1 Cette borne est reliée d'une part avec le dispositif de détection 4 et d'autre part avec l'intégrateur 6 Le dispositif de détection 4 est un amplificateur opérationnel 8 dont l'entrée d'inversion (-) (entrée N) reçoit le signal V La sortie de l'am- plificateur opérationnel 8 est reliée par l'intermédiaire de la résistance R 3 (par exemple un M 52) à l'entrée de non inversion (+) (entrée P) Cette entrée (+) est en outre reliée à un diviseur de tension variable R 4 (par exemple de 100 M Q) qui est lui-même branché entre une tension positive (par exemple 5 V) et la terre. Par réglage de la prise prévue sur R 4, on définit le seuil prédé- terminé Vp (figure 2) du signal Ve, en-dessous duquel le signal de sortie Val (figure 3) de l'amplificateur opérationnel est bloqué à un premier seuil Pl tandis que, au-dessus de ce seuil Vp, le signal Val passe à une valeur P 2 En pratique, on adopte pour Ve par exemple la valeur de 5 v et pour Vp la valeur de 2 V. Le signal de sortie Val de l'amplificateur opérationnel 8 est appliqué à la grille d'un transistor à effet de champ 10, représenté dans ce cas de façon concrète sous la forme d'un tran- sistor à effet de champ du type pnp, dont le canal est ouvert pour un niveau Pl du signal de sortie Val tandis qu'il est bloqué pour un niveau P 2 du signal de sortie Val' Le transistor à effet de champ 10 court-circuite un con- densateur C 1, qui est lui-même branché entre la sortie et l'entrée-b d'un second amplificateur opérationnel 12 Cette entrée-N est en outre reliée, par l'intermédiaire d'une résistance R 1, à l'entrée 2 de sorte que le signal à évaluer Ve 2 est appliqué par l'inter- médiaire de R 1 à l'entrée-N de l'amplificateur 12. L'entrée-P de l'amplificateur opérationnel 12 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R 2 * Cette résis- tance sert à créer une compensation du courant de repos à l'entrée. La sortie du second amplificateur opérationnel 12 est re- liée à l'entrée d'inversion (N-) d'un troisième amplificateur opé- rationnel 14 Ce troisième amplificateur opérationnel du second dispositif de détection 7 est par ailleurs branché d'une manière analogue au premier amplificateur opérationnel du premier disposi- tif de détection 4, c'est-à-dire que sa sortie est reliée par l'in- termédiaire d'un résistance R 6 (par exemple de 1 M Q) à l'entrée P, qui est elle-même reliée à une résistance R 5 (par exemple de -8 - k f), branchée entre une tension positive (par exemple + 5 V) et la masse. La sortie du troisième amplificateur opérationnel 14 est reliée à un commutateur, dans ce cas à la grille d'un transistor à effet de champ. Le transistor à effet de champ 16 est placé dans le cir- cuit d'alimentation d'une charge RL, par exemple un embrayage ma- gnétique, qui doit être enclenchée ou arrêtée par le circuit d'é- valuation. Le fonctionnement du circuit est le suivant: Lorsque la grandeur du signal à traiter est inférieure au seuil Vp déterminé par le réglage de la résistance R 4, la sortie de l'amplificateur opérationnel 8 se trouve au seuil inférieur P 1, qui ne provoque pas le blocage du transistor à effet de champ 10 En conséquence le condensateur C 1 est court-circuité et le circuit d'intégration 6 agit comme un amplificateur opérationnel à couplage de réaction et à résistance de couplage nulle, c'est-à-dire que l'amplification est nulle et que le signal de sortie de l'amplificateur 12 est également nul, même si le signal d'entrée Ve est appliqué en permanence, par l'intermédiaire de R 2, à l'entrée-N de l'amplificateur opérationnel 12. Cependant lorsque Ve (t) augmente audelà de Vp, le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel Val passe brusquement à la valeur P 2, qui est suffisante pour bloquer le transistor à effet de champ. Maintenant le circuit partiel 6 fonctionne comme un inté- grateur et il intègre le signal V e Lorsque ce signal V tombe à nouveau en-dessous de V p, Val retombe à la valeur Pl de sorte que le transistor à effet de champ 10 est ouvert, que le condensateur C 1 se décharge et que le signal de sortie Va 2 devient nul Pendant la période d'intégration, le signal de sortie Va 2 (t) est comparé en permanence par le circuit de détection de seuil 14 avec le seuil prédéterminé par le réglage de la résistance R 5; aussitôt que ce seuil est dépassé, le circuit fournit un signal Va 3 d'une grandeur qui est suffisante pour ouvrir le transistor à effet de champ 16 qui était bloqué jusqu'à maintenant, ce qui déclenche le passage d'un courant dans la charge RL Le transistor à effet de champ, qui peut le cas échéant être également remplacé par un relais, permet de commander une grande puissance électrique -Ainsi il permet par exemple d'actionner un système actif tel qu'un embrayage magnétique. On obtient dans ce cas un avantage important qui résulte d'un court temps de réaction du système actif, qui est au maximum de 30 ms et qui est prédéterminé par des conditions biologiques (temps de réaction de l'opérateur) Dans le temps précité, il faut évidemment que le traitement de signal soit effectué et que la décision soit prise Cela est possible avec le circuit décrit ci- dessus. Il est à noter à cet égard que l'agencement conforme à l'invention peut également être appliqué à d'autres appareils, le cas échéant également à des machines de perçage et à d'autres appa- reils non-portatifs, par exemple automatiques, dans lesquels il est nécessaire de détecter une perturbation à partir de la varia- tion du couple par exemple, et d'arrêter alors l'appareil. Avantageusement, il est prévu plusieurs dispositifs de détection ou de mesure de seuil 8, 81,, 8 n, qui sont alors réglés avantageusement chacun à des seuils différents par leurs résistances correspondantes R 4, R 41, R 4 n, etc. Il est alors possible de coupler ou de désaccoupler, d'un manière correspondante à celle établie par le transistor à effet de champ 10, d'autres condensateurs Cl Cin, etc et/ou d'autres résistances R 11, Rin, etc par rapport au con- densateur C 1 ou à la résistance R 1, de manière à influencer éga- lement la constante de temps 1/R (R 1 i) C(C 1 k) en fonction de la grandeur du signal Ve. La figure 4 montre schématiquement l'incorporation du circuit de traitement représenté sur la figure 1 à une commande de couple d'une perceuse. A partir d'un organe de mesure 18, par exemple une bande de mesure d'allongement, un accéléromètre ou un composant analogue, qui convertit autant que possible sans retard une valeur mécanique en un signal électrique, ce signal est appliqué à un amplificateur (ou à un autre circuit de traitement) quand le signal de sortie est transmis à la logique de commande représentée sur la figure 1 et décrite ci-dessus Le profil de courbe obtenue, qui correspond à une variation effective de la force s'exerçant sur la poignée latérale de l'appareil, met nettement en évidence qu'il peut se produire également des forces négatives résultant de la sollici- tation du système bras-main et de la réaction en découlant A l'aide de la logique de commande, le résultat est utilisé pour la commande du système actif, par exemple un embrayage actif 22. Celui-ci peut déjà correspondre à la partie désignée par RL sur la figure 1. REVENDICATIONS 1 Circuit d'évaluation d'un signal électrique de couple dans un outil portatif, notamment une perceuse, comportant un premier dispositif de détection pour comparer la grandeur du si- gnal de couple avec un (premier) seuil prédéterminé, un signal de déclenchement étant produit dans le circuit lors du dépassement par excès d'un seuil prédéterminé, caractérisé par le fait qu'il comprend un intégrateur ( 6) qui intègre, en fonction du signal de sortie (Val) du premier dispositif de détection ( 4) le signal de couple (Ve) ainsi, qu'un second dispositif de détection ( 7) pour comparer la grandeur du signal de sortie (Va 2) de l'intégrateur ( 6) avec un second seuil prédéterminé et qui produit un signal de sor- tie (Va 3) en fonction duquel le signal de déclenchement est produit. 2 Circuit selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier dispositif de détection ( 4) comporte un ampli- ficateur opérationnel ( 8) à l'entrée d'inversion duquel le signal de couple (Ve) est applique et dont l'entrée de non-inversion est reliée à un diviseur de tension variable (R 4) et, par l'intermé- diaire d'une résistance (R 3), à la sortie de l'amplificateur opé- rationnel ( 8). 3 Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 et-2, caractérisé par le fait que le second dispositif de captage ( 7) comporte un amplificateur opérationnel ( 14) à l'entrée d'inver- sion duquel est appliqué le signal de sortie de l'intégrateur ( 6) et dont l'entrée de non-inversion est reliée à un diviseur de tension variable (R 5) et, par l'intermédiaire d'une résistance (R 6), à la sortie de l'amplificateur opérationnel ( 14). 4 Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'intégrateur ( 6) intègre le signal de couple (Ve) pendant la durée du dépassement par excès du seuil par le signal de couple (Ve). Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le dépassement par excès du seuil par le signal de couple (Ve) déclenche l'intégration et que la décroissance du signal de couple jusqu'à un second seuil plus bas que le seuil de déclenchement d'intégration interrompt l'intégra- tion. 6 Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la valeur d'intégration est effacée après terminaison de l'intégration. -10- -11 2509923 7 Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé par le fait que la valeur d'intégration est égalemen mémorisée après interruption de l'intégration. 8 Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'intégrateur ( 6) comporte un condensateur d'intégration (C 1) dont les bornes sont reliées par une voie de commande ( 10) excitée par le signal de sortie (Val) du premier dispositif de détection ( 4). 9 Circuit selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la voie de commande est constituée par un transistor à effet de champ ( 10). Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que l'intégrateur est agencé sous la forme d'un intégrateur-inverseur ( 6). 11 Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à , caractérisé par le fait qu'il comprend plusieurs premiers dispositifs de détection qui sont réglés à des seuils différents et qui modifient, aussitôt que la valeur de leur seuil est dépassée par excès par le signal de couple, la constante de temps de l'in- tégrateur. 12 Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'il comprend plusieurs intégrateurs pour l'intégration du signal de couple en association avec des premiers dispositifs de détection, les seuils des dispositifs de captage étant réglés à des valeurs différentes. 13 Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que l'intégrateur est un intégrateur rapide.