Brevet FR2527241A1 — publié le 19831125

- La présente invention a trait à une machine a cou- dre propre à exécuter automatiquement un modèle sur une pièce de tissu tendue sur un dispositif à pince qui se de- place sur un plan de travail dans toutes les directions obtenues par la combinaison de deux mouvements orthogonaux suivant un procédé bien connu dans ce domaine technique. Les points du tissu qui se succèdent sous l'aiguil- le sont définis par des coordonnées cartésiennes en tant que données dans une mémoire dont elles sont extraites après traitement approprié, sous forme de signaux de com- mande, à deux moteurs à courant continu qui entraînent des guides correspondants le long des deux axes cartésiens or- thogonaux X et Y Deux types de mécanismes sont connus dans l'art antérieur pour accomplir l'opération sus-men- tionnée. Dans le premier type de mécanisme, on utilise un système de commande dit à boucle ou à deux fils, dans le- quel les instructions emmagasinées dans la mémoire déter- minent la séquence des mouvements nécessaires, en l'absen- ce cependant de circuits de réaction pour vérifier si les positions prescrites par les instructions ont bien été at- teintes. Dans le second type de mécanisme, on utilise en re- vanche un système de commande à deux fils dans lequel les instructions stockées dans la mémoire déterminent la sé- quence des mouvements nécessaires (en l'absence de circuits de réaction) pour vérifier si les positions fixées par les instructions ont bien été obtenues. Dans ce second type, on utilise donc un système de commande à deux fils dans lequel un signal correspondant à la position réelle atteinte par l'élément commandé est com- paré de façon permanente avec un signal correspondant à la position requise, jusqu'à la correction de l'erreur, à sa- voir jusqu'à l'instant o la position effectivement attein- te est exactement la position requise. En comparaison des avantages de plus grande simpli- cité qu'offrent les dispositifs du premier type, les dis- positifs du second type offrent la possibilité de moduler la loi de variation de la vitesse à laquelle la position requise est atteinte. Une fois que le circuit de réaction a été correcte- ment établi, on peut obtenir des temps de réponse particu- lièrement courts, ce qui est indispensable lorsque la ma- chine à coudre est conçue pour fonctionner à grande vites- se, par exemple de l'ordre de 2000 point/minute, et les po- sitionnements ultérieurs du tissu doivent commencer seule- ment quand l'aiguille est sortie du tissu dans sa course ascendante, afin d'éviter une collision dommageable entre le tissu et l'aiguille et, par conséquent, des inconvénients dans l'opération de couture. Etant donné le très court lapse de temps dont on dis- pose, un positionnement précis du tissu à chaque point de couture à exécuter nécessite l'usage de dispositifs spé- ciaux pour la servo-commande associée à chaque moteur L'un des buts de la présente invention consiste à prévoir ces dispositifs de circuit. La solution envisagée pour réaliser le but énoncé ci-dessus est caractérisée par le fait que l'unité comporte une servo-commande du type à réaction comprenant des trans- ducteurs du type à codage incrémentiel dont les impulsions, dûment élaborées, sont appliquées à un circuit logique com- plexe et ensuite à un compteur lequel, monté en interface avec un microprocesseur, permet la détection de la position et la fermeture de la boucle, qui comprend une boucle de vitesse et une boucle de courant, concentriques à la boucle de position D'autres caractéristiques et avantages de 1 'in- vention ressortiront au cours de la lecture de la descrip- tion qui suit relative à un mode préféré de réalisation de l'invention et faite en se référant au dessin annexé, sur lequel -3 Les figures 1 et 2 sont des vues respectivement en plan et de face du système mécanique d'entraînement des pinces de maintien du tissu; la figure 3 est un schéma synoptique général mon- trant la disposition des principaux éléments du système de commande; la figure 4 est un schéma des connexions de la partie de commande à faible puissance; la figure 5 est un schéma des connexions de la partie de commande à forte puissance; et la figure 6 est un diagramme montrant les signaux de commande pour la fermeture de la boucle de position. L'appareil décrit plus haut, qui comprend des guides de coulissement et la tête de couture, sont des composants d'un dispositif complexe de commande numérique à deux axes, avec un troisième axe qui n'est pas actionné par l'unité centrale du système de commande Ce troisième axe (voir figure 3) formé par la tête de couture 10, qui possède un moteur commandé de; façon indépendante par un servo distinct, échange des signaux avec l'unité centrale 12 (position de la barre à aiguille et autres signaux) afin de permettre une synchronisation correcte des mouvements sur les deux axes principaux de l'appareil. Si l'on se reporte de nouveau au schéma synoptique de la figure 3, on voit que l'unité centrale de commande 12 est reliée à une unité périphérique complémentaire 14 assurant-les "fonctions auxiliaires". Ces fonctions auxiliaires comprennent les fonctions de sortie de l'unité centrale, telles que le fonctionnement d'une électro-valve pour ouvrir la pince à tissu et la com- mande de travail du compteur decycles de l'ensemble élec- tro-mécanique, et les fonctions d'entrée de l'unité cen- trale, telles que: a) le signal de "fil coupé" délivré par un palpeur mécanique prévu sur la tête de couture; b) le signal de "pied de biche abaissé" fourni par un microcon- tact qui empêche l'exécution de la couture lorsque la pin- ce est ouverte; d) le signal de "dépassement" du compteur de cycles; e) "fin de course" (à raison de deux pour cha- que axe; le signal de "zéro absolu" (à raison d'un par axe) délivré par des microcontacts. Les deux blocs 16 et 18 du schéma de la figure 3, qui concernent le fonctionnement le long des axes X et Y, et qui sont exactement identiques, se composent chacun d'un moteur à courant continu du type à bobine mobile dans lequel le rapport entre le couple et l'inertie (J) est su- périeur à ce qu'il est dans n'importe quel autre type de moteur, ce qui permet d'obtenir des accélérations angulai- res de l'ordre de 30 000 rad/sec 2. Deux codeurs incrémentiels sont également prévus pour assurer la fonction de transducteurs de position; ils sont reliés aux moteurs et ne nécessitent aucune descrip- tion attendu qu'ils sont bien connus des spécialistes dans l'art. Si l'on se-réfère aux figures 1 et 2 du dessin, on voit en 30 une pince à tissu représentée schématiquement et agencée pour effectuer des mouvements de translation sous l'aiguille de la machine à coudre. Le système de déplacement de la pince 30 comprend un premier moteur à courant continu 34 monté de façon con- nue sur la plaque-support 36 L'arbre du moteur 34 porte un pignon 35 qui engrène avec une roue dentée 38 montée à son tour sur un arbre 40 sur lequel est fixée une poulie 42 Une courroie de transmission 44 passe autour de cette poulie 42 et autour d'une autre poulie 46 montée libre en rotation sur la plaque-support 36 Un premier curseur 48 est fixé à cette courroie 44 de manière à l'accompagner dans ses mouvements tout en étant guidé sur deux tiges de coulissement ou coulisseaux 50 et 52 grâce respectivement à une douille 54 et à de petits galets 56. Un autre moteur 58 à courant continu est également - fixé sur la plaquesupport 36 et entraîne l'arbre 50 par l'intermédiaire d'un pignon (non représenté) et d'une roue dentée 60 solidaire dudit arbre 50. Deux courroies 62 et 64 passent respectivement au- tour des poulies 66 et 68 à l'extrémité de l'arbre 50, ces courroies 62 et 64 passent également autour de deux poulies 70 et 72 montées libres en rotation sur les extré- mités de l'arbre 52 Une tige 74 est fixée par ses extré- mités aux deux courroies 62 et 64, et en outre elle est solidaire d'un second curseur 76 pour le guider et lui per- mettre de se déplacer dans le sens du déplacement du pre- mier curseur 48 (voir figure 2). Le second curseur 76 est monté coulissant sur l'ar- bre 78 et en outre il est empêché de tournerautour de l'axe de cet arbre par deux tiges 80 parallèles à celui-ci L'ar- bre 78 et les tiges 80 sont fixés sur le premier curseur 48 Ainsi, lorsque la tige 74 entraînée par les courroies 62 et 64 se déplace, le second curseur 76 se déplace aussi mais perpendiculairement au sens de déplacement du premier curseur 48 La pince à tissu 30, fixée à l'aide d'un bras 82 au second curseur 76, peut effectuer des mouvements de translation le long d'un système d'axes orthogonaux X et Y, grâce à l'effet combiné des deux moteurs 58 et 34. Pour éviter des courses accidentelles de la pince 30 en dehors des limites autorisées, il est prévu des mi- crocontacts 84 actionnés par des palpeurs 86. Deux autres microcontacts 88 ont pour rôle de fixer la position zéro de la pince 30 ainsi qu'il sera décrit plus loin. Une description plus détaillée du système de com- mande de l'appareil est faite ci-après en se référant à la figure 4 qui montre le schéma des connexions de la partie faible puissance du dispositif. La commande de l'ensemble de l'appareil est assurée par une simple pince à microprocesseur 100, comprenant une 6 - mémoire 102 et une seconde mémoire du type EPROM (mémoire morte programmable effaçable) dans laquelle est stocké le "programme principal". Un registre 104 accède à la mémoire 102 ainsi qu'à une seconde mémoire EPROM 106, cette dernière étant mon- tée dans une position aisément accessible sur le tableau de commande de la machine (non représenté) Cette seconde mémoire 106, dite de "programme partiel", contient jusqu'à 9 programmes, c'est-à-dire 9 modèles différents, et peut être du type à 2, 4 ou 8 K-bits, selon la complexité des modèles à exécuter En négligeant les détails relatifs aux opérations logiques ayant trait à certains modes de fonc- tonnement de la machine, telles que, par exemple, le sou- lèvement et l'abaissement du bâti et du pied de biche, on donnera ci-après une description détaillée du système de commande de la position de la pince à tissu. Deux codeurs optiques incrémentiels (figure 5) sont montés sur les arbres des deux moteurs; chacun de ces co- deurs produit trois signaux dont le premier, avec une fré- quence d'une impulsion par tour, a pour rôle de trouver le point de coordonnées 0, O ainsi qu'il sera expliqué plus loin Les deux autres signaux, de forme sinusoïdale, sont engendrés par deux séries de 200 encoches à fente, réali- sées chacune sur deux circonférences concentriques des dis- ques des deux codeurs. Suivant un dispositif connu, grâce à l'élaboration de ces signaux on obtient 400 impulsions par tour ce qui permet, en se basant sur le rapport de transmission choisi, une résolution de 0,015 mm Ces signaux, déphasés à moins ou plus de 90 , selon le sens de rotation du moteur, sont appliqués au composant 108 (figure 4) o ils sont transfor- més en signaux à onde carrée, de phase invariable, afin qu'ils soient compatibles avec les circuits logiques formés uniquement de composants de la famille TTL (circuits de lo- gique transistor-transistor) Les éléments du circuit qui -7- concernent les axes X et Y portent les mêmes chiffres de référence. Le même composant 108 a également pour rôle d'engen- drer une tension de sortie disponible sur la broche 110 et qui sert de tension de référence pour fermer la boucle de réaction de vitesse. En fonction des signaux du codeur, on obtient égale- ment la génération d'une tension de sortie sur la broche 116, laquelle est proportionnelle, en amplitude et sens, à la vitesse du moteur. Sur les broches 112 et 114 du composant 108 on dis- pose donc de deux signaux carrés que l'on introduit dans la partie du circuit o se ferme la boucle de position, ainsi qu'on l'expliquera ci-après. Pour obtenir des temps de positionnement relative- ment brefs, à l'intérieur de la boucle de positionnement et concentriquement à celle-ci, il faut disposer-d'une bou- cle de vitesse et d'une boucle de courant La boucle de vi- tesse se ferme de la façon suivante: comme on 1 l'a vu ci- dessus, on dispose sur la broche 116 de l'élément 108 d'un signal de tension qui est fonction de la vitesse du moteur. Ce signal, filtré par un ensemble résistance-condensateur (non représenté), pénètre, après avoir été converti en si- gnal de courant, dans la broche 118 de l'élément 120 formé par un convertisseur digital/analogique à six bits et par un amplificateur d'erreur L'erreur de vitesse s'obtient par la comparaison entre le signal qui entre par la broche 118 (signal de vitesse réelle), et un signal dit de vites- se requise après sa conversion de digital à analogique Ce signal de vitesse requise s'obtient dans le micr Qproces- seur 100 de la manière indiquée ci-après Le microproces- seur lit dans la mémoire EPROM 106 la donnée relative à la *position qui doit être atteinte pendant l'exécution d'un modèle et lit également dans un compteur intégré 122 quel- le est la position réelle atteinte par la pince à tissu entrainée par les deux moteurs (ce qui sera expliqué plus loin) Cette position réelle est définie par des signaux carrés produits par le codeur et par l'élément 108, et il est introduit dans le compteur 122 par l'intermédiaire d'une logique spéciale Le fonctionnement de cettelogique et du compteur seront mieux expliqués par la suite Il suf,; fira d'indiquer ici que le compteur intégré 122 détecte la position réelle par l'incrémentation de quatre compteurs internes, deux pour le comptage ascendant et deux pour le comptage descendant, pour les deux axes Ces compteurs sont périodiquement lus et interprétés par le microproces- seur. La position définie par un moteur résultera par con- séquent de la somme de toutes les impulsions produites par la rotation en ayant du codeur et de la soustraction d-e ces impulsions descelles produites par la rotation du co- deur dans le sens contraire. L'erreur entre le signal digital correspondant à la position requise,enregistrée dans la mémoire EPROM 106, et le signal digital correspondant à la position effective, fournie par le compteur 122, est amplifiéeselon une certai- ne constante contenue dans le microprocesseur 100 Cette erreur engendre une commande particulière de vitesse afin de compenser l'erreur (commande de la vitesse requise). Cette commande de vitesse, à la sortie du microprocesseur, est envoyée en tant qu'entrée au convertisseur digital/ analogique de l'élément 120 Ce convertisseur digital/ana- logique présente donc à sa sortie un signal de courant pro- portionnel au code de vitesse vérifié à l'entrée, lequel est à son tour proportionnel à l'erreur de-position. A cet instant, toujours dans l'élément 120, les deux courants sont comparés par l'amplificateur d'erreur, à sa- voir le courant correspondant à la vitesse requise, qui est fourni par le convertisseur digital/analogique avec la con- tribution de la tension de référence de l'élément -108 à la 9 - broche 110, et le courant réel correspondant à la vitesse réelle, en provenance de l'élément 108, à l'entrée sur la broche 118 Le signal résultant, converti en tension par une résistance appropriée, pénètre par conséquent dans le bloc 120 qui engendre le courant de commande de l amplifi- cateur de puissance qui alimente les moteurs à courant con 7 tinu, dans le but de régler l'intensité dudit courant de commande Ce signal sert à décaler le niveau de la valeur moyenne de l'onde triangulaire engendrée par le circuit précité, jusqu'à ce qu'il soit intersecté par deux seuils de tension fixe en des points continuellement différents et qui dépendent de l'erreur de courant Le fait d'inter- secter en différents points une onde triangulaire signifie que l'on obtient des ondes carrées ayant une fréquence constante mais avec un rapport plein/vide qui varie selon cette fréquence Ces ondes carrées seront utilisées, comme on l'a vu plus haut, pour commander l'amplificateur de puissance mentionné ci-dessus avec une durée variable selon l'erreur de courant. Selon un mode connu et non-représenté, on dérive de cinq circuits secondaires d'un transformateur dont le pri- maire est relié à la source de courant, cinq tensions de valeurs différentes pour exciter les différentes parties du circuit électrique général, à savoir une tension de 5 V pour le circuit logique, et deux tensions respectivement de + 12 V et 12 V pour le circuit analogique Ces trois tensions sont redressées, filtrées et stabilisées selon un procédé conventionnel La quatrième tension redressée et filtrée de + 24 Vest utilisée pour les entrées et sorties, ultérieure- ment'opto-isolées, et enfin la cinquième tension de 35 V est utilisée pour alimenter les moteurs de positionnement. Le circuit d'alimentation des moteurs qui assurent le positionnement de la pince à tissu utilise un moindre nombre de transistors (huit) et parvient par ce moyen à commander des courants de 10 A sans passer par d'autres éta- - ges intermédiaires d'amplification En fait, les tensions fournies par le bloc 124 par l'intermédiaire de résistan- ces, sous forme d'ondes carrées qui reproduisent la fré- quence fixe de 20 Hz mais varient en coefficient d'utili- sation, s'appliquent l'une au couple de transistors 130 et 132, et l'autre au couple de transistors 134 et 138 Ces transistors ont pour rôlede commander les deux diagonales ' du pont en H au milieu duquel le moteur est branché. Deux résistances connectées en shunt 140 et 142 per- mettent de prélever un signal de tension proportionnel au courant qui circule dans le moteur et sert à fermer la bou- cle de courant Pour expliquer le fonctionnement'de la com- mande des transistors qui alimentent le moteur il convient de souligner le fait que, lorsque le signal porté par le conducteur 144 est haut, il détermine la saturation du transistor 130 et interdit le transistor 132 La saturation du transistor 130 permet d'une part au courant de circuler à travers la résistance 146, ce qui ferme le transistor 148, et d'autre part la fermeture du transistor 150 Cette diagonale est ainsi fermée et le courant peut circuler de droite à gauche afin d'exciter le moteur D'une manière analogue, lorsque le signal porté par le conducteur 144 est bas, il interdit complètement tous les circuits Le même raisonnement est valable Dour les signaux portés par le conducteur 160 en ce qui concerne le fonctionnement de l'autre diagonale comprenant les transistors 152 et 154. Les signaux déphasés provenant des deux décodeurs, après traitement approprié, sont véhiculés entre des sor- ties 112 et 114 de l'élément 108 et un circuit formé pour chaque axe d'un élément 122, de trois inverseurs 111, 113 et 115, et de deux multiplexeurs 117 et 119 Si l'on con- sidère l'axe X, les signaux provenant des sorties 112 et 114 de l'élément 108 et désignés respectivement en A et B sont envoyés à l'entrée des multiplexeurs 117 et 119 en tant que signaux de sélection Le signal A est également shunté et envoyé dans les deux premiers inverseurs 111 et 113, pour être ensuite envoyé en parallèle par deux bran- ches d'une part directement à l'entrée du premier multi- plexeur 117 (par AA, et d'autre part à travers un troi- sième inverseur 115 à l'entrée Les deux autres entrées du multiplexeur sont reliées à la masse Pour chaque axe il est prévu deux multiplexeurs, le premier enregistrant les impulsions ascendantes et le second les impulsions des- cendantes. Les signaux A 1, A 1 appliqués au premier multiple- xeur sont shuntés aux deux entrées du second multiplexeur. Les deux entrées restantes sont mises à la masse. Selon la combinaison particulière des deux signaux de sélection A, B, à savoir 00, 01, 10, 11, le signal pré- sent à l'entrée sélectionnée par l'une des quatre combi- naisons est validé aux sorties des multiplexeurs. Si l'on suppose que les signaux A 1 et A 1 aux entrées sont légèrement déphasés en retard par rapport au signal de sélection A, on, trouvera à la sortie-des multiplexeurs des signaux montants et descendants, comme le montre le diagramme de la figure 6 o les lettres D et U désignent respectivement des signaux montants et descendants - Une particularité de ce type de circuit réside dans le fait que, quand il y a des vibrations alors que le mo- teur est au repos et que, de ce fait, une encoche de la première série formée dans le disque des codeurs est conti- nuellement dans l'ombre alors qu'une encoche de l'autre série est alternativement dans l'ombre et éclairée, des si- gnaux alternativement montants et descendants sont appli- qués aux deux compteurs afin que la somme algébrique du contenu des deux compteurs reste constante. La mémoire 106 du type EPROM est insérée sur le ta- bleau de commande de l'appareil, comme on l'a indiqué plus haut, et peut être remplacée à volonté par l'opérateur. Trois types de mémoire EPROM sont prévus et sont respecti- 12 - vement à 2 K, 4 K et 8 K-bits, et il est possible pour le mi- croprocesseur d'identifier lequel de ces trois types est relié au circuit. A cet effet, dans la dernière cellule de chaque mé- moire il convient de stocker préalablement un code de re- connaissance ou d'identification Au début du programme, le microprocesseur adresse cette cellule en envoyant le code I sur les treize bits disponibles. Les trois types de mémoire EPROM diffèrent entre eux de la manière indiquée ci-dessous 2 K = adresse à 11 bits = une broche fixée en I, 4 K = adresse à 12 bits = broche précédente utilisée en tant que broche d'adresse, 8 K = adresse à 13 bits = broche utilisée comme dans le type 4 K. Si le microprocesseur lit le code d'une EPROM 2 K, il maintient la broche fixée sur I et n'utilise que Il bits d'adresse comprenant, par conséquent, également la broche fixée en I dans la mémoire 2 K Si le microproces- seur lit le code d'une mémoire EPROM 8 K, il utilise 13 bits d'adresse comprenant par conséquent aussi la broche supplé- mentaire laquelle, dans le cas de 2 K et 4 K, ne se trouve donc pas reliée aux mémoires EPROM, ces éléments étant dé- pourvus de connexion à l'endroit de la treizième broche. Le système électronique de commande décrit ci-dessus constitue un dispositif de sécurité pour placer la pince à tissu en position de départ des coordonnées 00, et cela d'une façon précise, au début d'une opération de couture d'un modèle. Le fonctionnement de ce dispositif est basé sur le déroulement simultané de deux phases: le passage d'une en- coche "zéro" en regard des sources lumineuses correspon- dantes et le fonctionnement des microcontacts 88 sous l'im- * pulsion des deux palpeurs 86 (figure 1). Sur la figure 4, on a prévu un circuit logique 13 3 formé de deux inverseurs 4 et d'une porte "NON-ET" 6. Les deux entrées de chaque porte NON-ET sont re- liées à l'un des deux microcontacts 88 ainsi qu'à l'élé- ment 108 d'o le signal carré O sort de son propre codeur. C'est seulement quand se vérifie la simultanéité des deux signaux I à l'entrée des deux portes NON-ET que le signal O parvient au microprocesseur 100 qui assure l'arrêt des deux moteurs. 14 - REVENDICATIONS l. Unité automatique pour exécuter des modèles, laquelle comprend une machine à coudre et une pince à tis- su agencée de manière à exécuter des mouvements de transla- tion en tous sens sous l'aiguille de la machine à coudre, un dispositif électronique pour commander le cycle de fonce tionnement de l'ensemble de l'appareil, caractérisée par le fait qu'il comporte un système assisté du type à réaction comprenant des transducteurs du type à codeur incrémentiel dont les impulsions, dûment élaborées, en interface avec un microprocesseur, permettent la détection de la position et la fermeture de la boucle, o il est prévu une boucle de vitesse et une boucle de courant qui sont concentriques à la boucle de position. 2 Unité automatique selon la revendication 1, ca- ractérisée par le fait que ce logiciel complexe comprend des éléments inverseurs reliés à des blocs multiplexeurs aux sorties desquels on obtient le signal de détection de la position de la pince à tissu. 3 Unité automatique selon la revendication 1, ca- ractérisée par le fait que ledit dispositif de commande comporte plusieurs mémoires EPROM ayant différentes capa- cités de stockage de données relatives aux coordonnées des points du modèle, utilisables une à la fois selon le type de modèle à exécuter, des moyens étant prévus pour assurer l'identification, par le microprocesseur, du type de mé- moire reliée au circuit de commande. 4. Unité automatique selon la revendication 1, ca- ractérisée par le fait que ledit dispositif électronique de commande comporte un circuit de positionnement pour la- dite pince à tissu dans sa position de départ d'un nouveau cycle de couture aux coordonnées 00, constitué par des élé- ments logiques en interface avec ledit microprocesseur.