Brevet FR2530173A1 — publié le 19840120

Procédé et montage pour freiner une partie de ma- chine et pour l'arrêter. La présente invention concerne-un procédé pour freiner une partie de machine, par exemple un arbremais aussi une pièce,,et pour l'arrêter dans une position déterminée à l'avance sous l'action d'un couple de freinage extérieur agissant en plus du couple de freinage appliqué par le moteur d'en- traînement, par exemple d'un couple mécanique de frottement ou d'uneforce de freinage,par exemple lors du freinage d'un chariot-d'avance déplacé linéai- rement, en règlant la vitesse et le nombre de tours de la partie à freiner suivant une courbe caracté- ristique prescrite L'arrêt en une position préci- se de la pièce ou d'une autre partie -est obtenu en utilisant un système électronique de réglage de position,qui comprend par exemple un dispositif d'entraînement à courant continu réglé en position et en nombre de toursainsi qu'un appareil de réglage de la posi- tion et du nombre de tours et un convertisseur du courant électrique assisté par une génératrice ta- chymétrique pour la surveillance-du nombre de tours et parun indicateur de position par incrément pour surveiller le trajet angulaire. Pour des charges déterminées,pour lesquel- les la force de freinage extérieuresupplémentaire ou le couple de freinage extérieur supplémentaire est brutal et/ou s'établit à une valeur élevée, des systèmes électroniques connus de réglage des positions ne sont plus à même d'effectuer le frei- nage en une durée brève souhaitée ou prescrite pour des cas d'utilisation déterminés Cela vaut par exemple pour le freinage de machines de sou- dage par friction lors du soudage par friction de pièces ayant une position angulaire précise après le soudage. Lors du soudage au moyen de telles machi- nes de soudage par friction,le couple de freinage extérieur supplémentaire est provoqué par le cou- ple de friction,qui se produit lorsque les deux parties de pièces à souder sont pressées l'une con- tre l'autre pour obtenir l'échauffement de souda- ge et qui prend d'un cas à l'autre des valeurs dif- férentes suivants les différences de pièces et de matériaux Un positionnement précis est nécessaire dans certains soudagespar friction, nota mment quand deux parties de piècesdistinctes au préalable doi- vent avoir une position angulaire précise l'une par rapport à l'autre après le soudage L'une des parties de pièceybloquée dans un dispositif de blocage,se trouve en une certaine position angulai- re et l'autre partie,qui tourne en étant bloquée dans le mandrin de serrage d'une brochedoit à l'arrêt avoir une position angulaire précise par rapport à la partie fixe Il est d'une importance déterminante pour la qualité du soudage que le coup de compression,qui achève le soudage en la position d'arréts'effectue aussi tôt que possi- ble après que la chaleur nécessaire au soudage a été atteinte,afin que le refroidissement jusqu'au coup de compression reste étroitement limité, en ^ 2530173 particulier pour des pièces de petites dimensions. La pratique exigeten règle générale,des durées de mise en position de 300 ms avec une précision infé- rieure à 0,5 . Jusqu'ici le soudage de pièces par friction, avec une mise en position angulaire précise après le so Udage,n'était possible qu'à l'aidedemachines jume- lées coûteuses à dispositifsd'entraînement à arbres synchroneset que pour des pièces particulières,mais non sur des machines de soudage par friction uni- verselles,pour des pièces de toute dimension. Par la demande de brevet publiée en Républi- que Fédérale d'Allemagne sous le N 2 436 126,on connalt des soudages par friction de parties à met- tre en position à l'aide de moyens purement mécani- ques,mais aussi avec une dépense relativement élevée en machinesspéciales On connalt,en outreides dis- positifs mécaniques et également électroniquespour la mise en position de broches et de machines-ou- tils,par exemple pour changer d'outil. Lorsque l'on utilise des systèmes électro- niques connus de réglage de position dans des machi- nes de soudage par friction,la précision de position- nement exigée (inférieureà 0,5 ) n'est pas atteinte dans le temps de mise en position admissible (envi- ron 300 ms),car ces systèmes de réglage de position ne sont pas à même d'effectuer le réglage du couple supplémentaire qui se produit lors du soudage. Dans un système électronique connu de ré- glage de position,on'utilise comme "rampe d'arrêt" une "rampe de démarrage",;donc l'allure de l'augmenta- tion du nombre de tours mémorisée lors du démarrage et comme norme de valeur de consigne le trajet an- gulaire par incrément de l'ensemble du déplacement. Le freinage est déclenché plus tôt de la différence du trajet angulaire par incrément,dont a besoin la "rampe de démarrage" mémorisée pour le démarrage afin d'obtenir un guidage en position avec le plus petit coût de réglage et une perte de temps de réglage in- finiment petite. Lors de la mise en position à l'aide d'un couple de freinage extérieur supplémentaire,comme cela est inévitable dans le soudage par friction, il y a une durée de mise en position longue de 600 à 700 ms environ,qui n'est atteinte ainsi que par une optimisation permanente coûteuse de la commande de mise en position,parce que le circuit -de réglage du nombre de tours devance,dans la plage inférieu- re des nombres de tours,le circuit de réglage de position et perd ainsi du temps pour le réglage en position,c'est-à-dire que la courbe caractéristi- que de mise-en position se subdivise en une phase temporaire de freinage rapide (par rapport aux va- leurs mémorisées à partir de la rampe de démarra- ge en raison du couple de freinage extérieur sup- plémentaire) et en une phase de réglage avec per- te de temps (parce que l'appareil de réglage tend vers la relation nombre de tours-position ou vers les valeurs de la rampe de démarrage mémorisée et doit ainsi commander des phases alternées de des- serrage du frein et d'entraînement et ralentit ain- si le processus de freinage-mise en position). L'invention vise un procédé par lequel l'utilisation de systèmes électroniques de régla- ge de position pour le soudage par friction de pièces à mettre en position est possible dans une machine de soudage par friction universelle,de ma- nière à ce que la mise en position puisse s'effec- tuer en le temps le plus bref ( 300 ms environ) et avec une précision suffisante (inférieure à 0,50), en dépit des conditions difficiles dues à des cou- ples de freinage extérieurs supplémentaires alter- nés de grande valeur,à un nombre de tours de la bro- che élevé et à de grandes masses en rotation. Le procédé suivant l'invention consiste à effectuer d'abord,lors d'une course d'essai ou d'une course préalable,un freinage sous l'action du couple de freinage extérieur supplémentairedonc dans des conditions de fonctionnement normaleset à enregis- trer alors,depuis le début du freinage,pour diver- ses valeurs le trajet (angulaire) qui résulte de la courbe caractéristique de la vitesse ou de nom- bre de tours prescrite pour le freinagedonc à-des instants déterminés associés aux diverses valeurs delacourbe caractéristique, et à mémoriser ce tra- jet, à titre de courbe de valeur de consigne du trajet de freinage, pour le freinage lors des cour- ses de fonctionnement ultérieuresqui s'effectuent dans les mêmes conditions (même type de pièce, mê- me charge) Le réglage sera d'autant plus précis que l'on a enregistré d'avantage de points et de valeurs du début du freinage jusqu'à l'arrêt. Le freinage,c'est-à-dire le processus de mise en position,se déroule doncsuivant l'inven- tion,en commençant avec le premier passage par zé- ro signalé par le générateur d'incréments,après le signal d'arrêt extérieur,sous la forme d'un proces- sus séparé isolé de l'ensemble du processus de dé- placement Ainsi est produite une rampe d'arrêt ef- fective, optimale en fonction du temps, associée temporairement à une courbe déterminée de nombre de tours ou de vitesse par la saisie par incré- ments du trajet (angulaire) se produisant lors du freinage à partir du couple de freinage du moteur renforcée par le couple de freinage extérieur sup- plémentaire différent d'un cas à l'autre,au lieu de l'être à partir de la rampe de démarrage au moyen du seul couple de freinage du moteur, rampe d'arrêt qui est utilisé alors pour la mise en position dans les courses de fonctionnement suivantes ultérieures de la même charge pour venir de manière optimale en fonction du temps dans la position angulaire exacte. Bien entendu,l'invention n'est pas limitée à des machines de soudage par friction,mais peut être utilisée aussi pour la mise en position,d'une manière angulairement précise,de broches de travail ou également dans des machines-outils ou autres et bien entendu aussi pour des freinages de mouvements linéaires (chariot d'avance). Pour faire en sorte que la partie de machi- ne à freiner ou un endroit déterminé ou un point dé- terminé de celle-ci prenne à l'arrêt une position (angulaire) bien déterminée, on commence simplement, suivant l'invention,à exécuter le freinage de la partie de machine à arrêter à un instant o l'en- droit à méttre en position de cette pièce ou au- tre élément semblable se trouve précisément à une distance de la position finale souhaitée qui cor- respond à la longueur du trajet de freinage mémo- risé Quand on utilise l'invention dans une machi- ne de soudage par friction on commande donc,lors du processus de mise enposition proprement dit, l'instant o le trajet angulaire par incrémentsdu passage par zéro du générateur d'incréments jusqu'à l'appel de la "rampe d'arrêt" effective mémorisée de manière à atteindre à l'arrêt la position angu- laire donnée à l'avance. Un montage pour l'exécution du procédé de freinage suivant l'invention est constitué,dans un exemple de réalisation possible,d'un dispositif destiné à régler le nombre de tours, la vitesse et la position d'un moteur ou d'une partie de machine entraînée par celui-ci Suivant l'invention, il est prévu,en outre,une mémoire de mémorisation de-la courbe de valeur de consigne du trajet de freina- ge à détecter séparément du reste du processus de déplacement,ainsi que des moyens de commutation par lesquels on peut,dans un premier état de commuta- tion mémoriser simplement-le trajet résultant, de- puis le début du freinage, d'une courbe caractéris- tique prescrite pour des valeurs de vitesses ou de nombres de tours déterminéeset par lesquelson peut,dans un second état de commutation, appeler ce trajet à titre de courbe de valeur de consigne du trajet de freinage pour les freinages ultérieurs. Au dessin schématique annexé, donné uni- quement à titre d'exemple: la figure 1 représente la variation du nom- bre de tours dans un système de réglage connu, les-figures 2 et 3 représentent la varia- tion en fonction du temps du nombre de tours et du trajet angulaire lors d'une course préalable; la figure 4 représente la différence de variation entre la valeur de consigne et la valeur réelle du trajet de freinage; la figure 5 représente la variation du nom- bre de tours suivant l'invention avec et sans couple de freinage extérieure supplémentaire; la figure 6 représente une pièce à souder en diverses positions angulaires; et les figures 7 et 8 représentent un exemple de réalisation d'un montage possible pour le régla- ge du freinage suivant l'invention. La figure 1 représente la variation du nom- bre de tours N en fonction du temps t lors du fonc- tionnement d'une machine de soudage par friction avec un système électronique habituel de réglage de posi- tion Lors du démarrage de la machine de soudage par friction pendant l'intervalle de temps At A on enre- gistre et on mémorise -la courbe d'augmentation du nom- bre de tours, la rampe de démarrage H,par des moyens connus en soipour s'en servir ensuite,lors du frei- nage,comme rampe d'arrêt A pour le réglage du nombre de tours Par le couple de freinage extérieur supplé- mentaire élevé qui s'établit brusquement au début du freinage et qui devient particulièrement élevé lors de la compression, comme on l'a déjà mentionné ci- dessus, on freine d'abord trop fortement de sorte que le nombre de tours décroît plus-rapidement que la rampe d'arrêt A, le dispositif de réglage mettant en- suite en conséquence davantage de temps pour compen- ser l'écart important en nombre de tours Il en ré- sulte ainsi,par rapport à la durée de freinage pré- vue At E June augmentation de durée égale à l'-interval- le de temps t moins t A B t A Quand on exécute l'invention, on effectue, dans une course préalable,dans des conditions de fonctionnement normales, le soudage de deux pièces et ensuite,quand-la pièce a atteint la température de soudage nécessaire, on déclenche,à partir du nom- bre de tours maximum N O,le processus de freinage en y incorporant le couple de freinage extérieur se pro- duisant normalement en fonctionnement Depuis le dé- but du freinage à l'instant to, on enregistre et on mémorise à-des intervalles de temps déterminés aux instants t 1, t 2 etc,alors que le nombre de tours a atteint respectivement une valeur correspondante N 1, n 2 etc,le trajet angulaire a en fonction du temps t sous forme de longueurs partielles de trajet a Ak de a O jusqu'à l'arrêt en a 3 (figures 2 et 3) Pour cela on donne au dispositif de réglage du nombre de tours du système de réglage de position la valeur de O volt comme valeur de consigne et on diminue le couple maximum du moteur d'une valeur déterminée (réserve de réglage pour les courses de fonctionne- ment suivantes). Lors de la course de fonctionnement suivan- te et de celles qui viennent ensuite de la machine, on appelle les longueurs partielles de trajet mémo- risées aux divers instants et on les compare à la valeur réelle correspondante du trajet angulaire mesuré par un générateur d'incréments De l'écart de réglage Lx qui en résulte,on déduit ensuite,d'une manière connue,une grandeur pour la correction du trajet angulaire La figure 4 représente une forme d'écart possible entre la courbe de valeur de con- signe S et la courbe de trajet réelle I du trajet angulaire a Grâce à ces mesureson obtientilors du freinage,une diminution rapide du nombre de tours suivant une rampe d'arrêt en coïncidence presque avec la rampe d'arrêt A' mémorisée et une position angu- laire finale a E précise (figure 5). Si pour une pièce à souder-par exemple un bout d'arbre 1, le point 2 se trouve à la fin du soudage (arrêt) dans la position angulaire E' (figu- re 6),le freinage par exemple,lors de la course préa- lable est commencé(t 0)quand ce point 2 passe le point de zéro d'un générateur d'incréments Si le trajet de freinage en résultant alors est égal à un angle 8, pour lequel le point 2 est arrivé dans la posi- tion angulaire 1 qui est à la distance AS de E', le freinage,lors des courses de fonctionnement suivan- tespst alors commencé,d'une manière correspondante,au plus tard au moment o le point 2,après avoir passé le point 0 (point de zéro du générateur d'incréments), a parcouru un trajet angulaire correspondant à l'an- gle AL. La figure 7 est un schéma synoptique simple d'un système de réglage de position pour exécuter l'invention Il est constitué essentiellement de deux unités de commutation, une unité 3, qui con- tient un régleur de position ayant une logique de mémoire et une logique de commande,ainsi qu'une uni- té 4 ayant un régulateur de nombre rhéostat régulateur d'intensité de de tours, un courant et un dis- positif de commande à thyristor, le moteur 5 étani alimenté à partir de l'unité 4 Le montage de régla- ge en soi connu suivant l'unité 4, est,par exemple, un montage en cascade, ,c'est-à-dire qu'un circuit de régulation du courant est monté en cascade en-dessoui du circuit de réglage du nombre de tours proprement dit et commande,par l'intermédiaire du dispositif de commande à thyristor,le courant électrique du moteur et donc le couple fourni par le moteur Il est im- portant de pouvoir disposer de la possibilité de li- miter le courant du moteur en agissant sur le régu- lateur de nombre de tours ou sur le rhéostat régula- teur d'intensité du courant par l'unité 3 qui est au-dessus dans la cascade de manière à ce que,pen- dant la course préalable, le moteur donne,lors du freinage,un couple constant et de manière ainsi à ce que le nombre de tours du dispositif d'entraine- ment diminue linéairement sous forme d'une rampe pour un couple de freinage extérieur à peu près constant Le courant du moteur est détecté au moyen d'un convertisseur de courant 6 et le nombre de tours est détecté au moyen d'une génératrioe tachymétrique 7 montée sur l'arbre du moteur et est renvoyé à l'uni- té de réglage 4 Par un générateur de position par incréments 8,monté également sur l'arbre du mo- 11 ' teur, le trajet angulaire parcouru est surveillé et est envoyé à l'unité 3 par le conducteur 9. L'unité de commutation 3 ' (figure 8) com- prend un dispositif de réglage de position,consti- tué d'un additionneur 10 et d'un compteur Il au- quel est donnéeà l'avance,à titre de valeur de consigne,la variation du trajet angulaire en fonc- tion du temps mémorisé lors de la course préala- ble,ainsi qu'une mémoire 12 qui enregistre cette courbe de valeur de consigne du trajet angulai- re et l'envoie,à titre de valeur de consigne,au dispositif de réglage de position lors de la cour- se de fonctionnement 13 désigne une unité à fonc- tion logique,qui prend en charge l'enclenchement des deux phases "course préalable" et "course de fonctionnement" et qui coordonne la coopération de l'unité de mémoire 12 et du dispositif de régla- ge de position 10, 11. La réalisation technique-de ces unités à fonction peut s'effectuer soit sous la forme d'un matériel, soit sous la forme d'un logiciel. Avec l'agencement suivant la figure 8, on enregistre,pendant la course préalable,la varia- tion du trajet angulaire en fonction du temps et on la transmet à la mémoire Lors de la course de fonctionnement, des longueurs partielles de trajet sont appelées de la mémoire dans leur ordre de suc- cession dans le temps qui a été établi et sont ad- ditionnées par l'additionneur 10 pour l'écart de réglage de l'instant précédent L'erreur à l'ins- tant précédent correspond à l'état actuel du comp- teur Le résultat de l'additionneur est ensuite enregistré dans le compteur L'état du compteur est sorti en continu,à titre de valeur de consigne pour le dispositif de réglage du nombre de tours, par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique ana- logique 14. Le montage décrit peut être bien entendu modifié dans le cadre de l'invention L'invention n'étant pas limitée à cet agencement représenté. REVENDICATIONS 1 Procédé pour freiner une partie de ma- chine et pour l'arrêter en une position déterminée à l'avance sous l'action d'un couple de freinage extérieur agissant en plus du couple de freinage appliqué par le moteur d'entrainement,en règlant la vitesse ou le nombre de tours de la partie à freiner-suivant une courbe caractéristique pres- crite, caractérisé en ce qu'il consiste à effec- tuer d'abord un freinage sous l'action du couple de freinage extérieur supplémentaire et à enregis- trer alors, depuis le début du freinage,pour di- verses valeurs le trajet qui résulte de la courbe caractéristique de la vitesse ou du nombre de tours prescrite pour le freinage et à mémoriser ce trajet,à titre de courbe de valeur de consigne du trajet de freinage, pour le freinage lors des courses de fonctionnement ultérieures. 2 Procédé selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il consiste à commencer le frei- nage à une distance, d'une position finale souhai- tée, correspondant à la longueur du trajet de frei- nage enregistré. 3 Montage pour l'exécution du procédé se- la revendication 1 ou 2, constitué d'un dispositif destiné à régler le nombre de tours,la vitesse ou la position d'un moteur ou d'une partie de machine entraînée par celui-ci, caractérisé en ce qu'il est prévu une mémoire ( 12), ainsi que des moyens de com- mutation ( 13),par lesquels on peut,dans un premier état de commutation, mémoriser le trajet résultant, depuis le début du freinage, d'une courbe caracté- ristique prescrite pour des valeurs de vitesse ou de nombre de tours déterminées, et par lesquels on peut, dans un second état de commutation, appeler ce trajet, à titre de courbe de valeur de consigne du trajet de freinage, pour les freinages ultérieurs.