Brevet FR2569681A1 — publié le 19860307

"Syt mJ e z-; - d..' de servoc::-n i: pour la hubrL c->; an de récilpLn s en verre " La présente invention est relative à la fabrication de récipients en verre, et plus particulièrement aux systèmes d'asservissement et aux procédés pour commander avec précision des mouvements répétitifs de machine dans de tels systèmes. La fabrication de récipients en verre, tels que les bouteilles et les pots, nécessite un certain nombre de mouve- ments de machine qu'il est souhaitable de commander avec précision pour obtenir avec un bon rendement des produits de haute qualité. De tels mouvements incluent, par exemple: formation et séparation de la goutte de verre, déplacement de la paraison et du récipient, ouverture et fermeture du moule de soufflage, introduction et retrait de l'entonnoir, de l'écran et de la tête de soufflage, et mouvements des dispositifs de chargement du four à recuire. La reproductibilité et la stabilité des cylindres pneumatiques sont insuffisantes, à cause principa- lement de variations dans la friction. Dans l'état antérieur de l'art, des tentatives pour obtenir une amélioration par rapport aux mouvements commandés par des pistons en faisant appel à une servocommande électronique, comme celles connues d'après le brevet des Etats-Unis n 4 203 752, n'ont pas été aussi satisfaisantes que souhaité. En particulier, l'utilisation d'interrupteurs de fin de course et de dispositifs similaires, qui sont sujets à l'usure, limite les possibilités de réglage et de commande, ce qui conduit à des récipients défectueux et augmente le taux de déchets. L'objet général de la présente invention est de disposer d'un procédé et d'un système d'asservissement pour commander avec précision des mouvements répétitifs lors de la fabrication de récipients en verre, qui soient facilement réglables, qui soient facilement adaptables à une grande variété de mouvements répétitifs dans la fabrication des récipients en verre, qui tolèrent l'usure des pièces mobiles et les frottements variables et en tiennent compte, et qui réduisent les défauts et le taux de déchets. Selon la présente invention, on dispose d'un système de servocommande et d'un procédé permettant de commander les mouvements répétitifs ou oscillants entre des limites de course prédéterminées d'un organe intervenant dans un processus de fabrication du verre. On fixe d'abord la trajectoire désirée entre lesdites limites en fonction du temps, en tenant compte de variables telles que l'inertie et la fragilité du verre à un stade particulier de la fabrication. Cette trajectoire est alors mise en mémoire, de préférence dans une mémoire électronique numérique, sous forme d'une pluralité de signaux discrets de position sur la trajectoire disposés en série incrémentielle en fonction du temps. Ces signaux incrémentiels sont envoyés à un amplificateur d'asservissemant comme signal de commande de la position désirée. L'amplificateur d'asservissement reçoit sur une seconde entrée un signal d'un transducteur indicateur de position couplé à l'organe mobile et commande par sa sortie un servomoteur. L'amplificateur d'asservissement reçoit aussi,de préférencesur une entrée le signal d'un transducteur de vitesse couplé à l'organe d'entraînement. Le servomoteur comprend,de préférence, un moteur - couple à courant continu, et il est de préférence couplé directement à l'organe mobile. La présente invention, ainsi que ses autres objets, ses particularités et ses avantages, sera mieux comprise à partir de la description donnée ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma électrique d'un servomoteur et d'un système d'asservissement destinés à commander le mouve- ment d'un organe mobile dans un processus de fabrication du verre selon la présente invention; la figure 2A et la figure 2B sont des graphes qui représentent respectivement la trajectoire de l'organe mobile et sa position désirée en fonction du temps selon la présente invention; la figure 3 est un schéma électrique d'un circuit fournissant au système d'asservissement de la figure 1 les signaux de commande de position désirée selon les principes de la présente invention; et la figure 4 estun schéma-bloc fonctionnel partiel d'un autre mode de réalisation de l'invention, donné à titre de variante. Les dessins et la description qui va suivre exposent un mode de réalisation actuellement préférentiel de l'invention, ayant pour but de commander le mouvement d'un bras basculeur 10 (fig. 1) qui saisit et retourne la paraison 12 pendant le processus de fabrication d'un récipient en verre. On comprendra cependant que les principes de l'invention ne sont en aucune façon limités à leur utilisation en liaison avec un bras basculeur de paraison, mais peuvent être employés avec peu ou pas de modification pour la commande d'autres mouvements de machines dans les systèmes et les processus de fabrication de récipients en verre. En se reportant à la figure 1, on voit que le bras basculeur 10 est couplé à un moteur de commande 14 permettant de le déplacer entre deux points de position extrêmes prédéterminés 91 et e2. De préférence, le moteur 14 consiste en un moteur - couple à courant continu directement couplé à l'axe de pivotement du bras 10 et accomplissant une rotation inférieure à un tour de moteur pour chaque mouvement du bras entre les limites 91 et 92. Un transducteur indicateur de position 16 est couplé au bras 10 et fournit un signal e indiquant la position réelle du bras. De préférence, un transducteur indicateur de vitesse, tel qu'un tachymètre, 18 est aussi couplé au bras 10 et fournit un signal ktindiquant la vitesse du bras. Un circuit amplificateur d'asservissement 20 comprend un premier additionneur 22 une entrée négative e provenant du transducteur 16 et un point positif de réglage O (t). Un second additionneur 24 reçoit une entrée positive s venant de la sortie de l'additionneur 22 et une entrée négative kc Yenant du transducteur 18. La sortie de l'additionneur 24 est reliée à l'entrée d'un amplificateur d'asservissement 26 alimenté en énergie par un transformateur 28 à courant alternatif et assurant à sa sortie la commande du moteur - couple 14 à courant continu. La sortie de l'additionneur 22 est ainsi fonction de la différence entre la position désirée O (t) s du bras et sa position réelle 0. La sortie de l'amplificateur 26 est fonction de la différence e (t) - e - kw. s L'utilisation d'un moteur - couple 14 à courant continu (couple élevé, faible vitesse) permet que le rapport de couplage entre l'ensemble moteurtachymètre-transducteur de position 14, 16, 18 et le bras basculeur 10 soit inférieur à un tour de moteur par course complète du bras basculeur entre les points extrêmes 1 et e 2. Un rapport aussi faible permet de concevoir une transmission plus compacte et plus robuste. Il permet aussi que les rotors des transducteurs de position et de vitesse partagent un seul et même arbre, ce qui est le mieux pour la rigidité du couplage, tout en maintenant la rotation du moteur à moins d'un seul tour. Avec cette disposition, le transducteur de position peut être du type indicateur de position absolue avec une course de 360 ou un peu moins. Un servomoteur à grande vitesse peut être utilisé, mais il demande cinq à dix tours pour un demi tour de l'axe du bras basculeur. Si le transducteur de position est monté directement sur l'arbre du moteur dans un tel montage, un dispositif électronique de comptage est nécessaire pour suivre la position du bras basculeur, et il y a un risque potentiel d'erreur dans ce comptage. Si le transducteur de position est couplé par un système démulti- plicateur à engrenages de façon à accomplir moins d'un tour, la rigidité du couplage entre l'arbre du moteur et le transducteur se dégrade, principalement à cause du jeu, ce qui provoque l'instabilité de la boucle d'asservissement. Le bras basculeur 10 se déplace d'environ 180 entre les points extrêmes de sa course ou points de repos 01 et 02 dans l'exemple de la figure 1. La trajectoire de position en fonction du temps de chaque mouvement est prédéterminée selon la présente invention pour équilibrer les forces agissant sur la paraison en verre chaud 12, tout en obtenant en même temps un mouvement rapide avec un minimum de secousses. Donc la résistance de la paraison en verre, ainsi que l'inertie et les possibilités d'accélération du moteur, du bras et du couplage moteur-bras, sont toutes prises en considération. La seule contrainte est que le mouvement commence et finisse à ses limites respectives avec une vitesse nulle. La figure 2A représente une trajectoire de base pour le bras 10 et la paraison 12 en fonction du temps f(t) commençant à la position initiale ei à l'instant t1, et dont la vitesse croît puis décroît jusqu'à la position finale ef à l'instant t2. La figure 2B représente l'application de la trajectoire générale i(t) de la figure 2A à la réalisation particulière de la figure 1 dans laquelle il faut produire un signal e (t) de position s désirée pour commander le mouvement du bras 10 entre les points extrêmes il et 92 pendant la période de temps t1- t2. La figure 3 est un schéma d'un circuit électronique destiné à fournir le signal e (t) de position désirée (fig. 2B) s au circuit 20 amplificateur d'asservissement de la figure 1. On voit sur la figure 3 que la trajectoire f(t) est stockée dans une mémoire électronique 32 sous forme d'une pluralité de signaux discrets de position de trajectoire disposés en série incrémentielle en fonction du temps. La mémoire électro- nique 32 comprend de préférence une mémoire numérique telle qu'une mémoire morte pour un circuit de commande à usage déterminé ou une mémoire programmable pour un circuit de commande d'usage plus général. La mémoire 32 a des lignes d'entrée d'adresses reliées à un compteur 34 contenant un circuit logique répondant à une entrée d'activation ENA pour faire débuter la course du bras basculeur. Le compteur 34 assure aussi la réception et le comptage des impulsions provenant des oscillations d'un générateur 36 à fréquence variable fonctionnant en temps réel. La sortie de la mémoire 32, qui fournit sous forme numérique une indication de la position désirée, est reliée à l'entrée d'un convertisseur numérique/analogique 38. Un premier potentiomètre 40 est branché aux bornes d'une source de tension positive et est disposé pour être réglé manuellement parun opérateur pour fournir un premier signal de référence à courant continu correspondant à la position extrtee e1 du bras. Un second potentiomètre 42 est branché aux bornes d'une source de tension négative pour fournir un second signal de référence à courant continu correspondant à la position extrme e 2. Les curseurs des potentiomètres , 42 sont reliés à une jonction additionneuse placée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 44. Le gain de l'amplificateur 44 est-réglé de telle façon que sa sortie indique le rapport -(e 2- el)/(e f-i), dans lequel rf et ei. sont des constantes. La sortie de l'amplificateur 44 i est reliée à l'entrée de référence d'un convertisseur numérique/ analogique 38 de façon que sa sortie soit égale à: (e2- el) f(t) f i (ef- %i) Une telle sortie est additionnée avec la tension de référence e1 à l'entrée inverseuse de l'amplificateur 46, si bien que sa sortie est représentée par l'équation: (e2- e1) es(t) = e1 + (E e) f(t) Une telle sortie est envoyée à l'entrée du circuit servo-amplifi- cateur 20 de la figure 1. En fonctionnement, dès réception d'un signal d'activation ENA, l'oscillateur 36 fonctionne en temps réel via le compteur 34 pour avoir périodiquement accès à la mémoire 32 de façon à lire dans celle-ci les signaux incrémentiels de position de trajectoire en séquence. Ces signaux incrémentiels sont à leur tour envoyés comme signaux e (t) de commande de position désirée S au circuit servo-amplificateur 20 et au système de commande de la figure 1. La vitesse de la course entre les points extremes 81 et 82 est, naturellement, réglable au moyen de le fréquence de l'oscillateur 36 qui détermine la base de temps entre les positions t1 et t2 sur les figures 2A et 2B. A titre de modification au circuit de commande 30 de la figure 3, les points extremes 81 et 92 peuvent être automatiquement choisis et/ou changés par un ordinateur extérieur et des convertisseurs numérique/analogique adéquats. De même, le trajet du bras 10 peut être différent dans le sens du retour o la paraison 12 est absente de ce qu'il est dans le sens aller, par exemple, en précalculant des instructions convenables pour le retour comme sur la figure 2A et en chargeant les valeurs convenables de position de trajectoire dans la mémoire 32. Naturellement, la mémoire 32 peut être programmable à distance, comme par un ordinateur de commande à distance (non représenté), pour faire varier la trajectoire de bras 10 de manière convenable, quelle qu'elle soit. On prévoit aussi que le compteur 34 puisse comporter un compteur bidirectionnel de façon que le bras 10 puisse parcourir la trajectoire représentée sur la figure 2B en sens inverse après le retrait de la paraison 12. La figure 4 représente un mode de réalisation modifié de l'invention fondé sur l'utilisation d'un ordinateur, pour produire les signaux 8 (t) de position désirée. Un ordinateur s central 50 ayant les points extr ses 81, 82 et la trajectoire (fig. 2A) stockés dans sa mémoire interne produit les signaux e (t) de position désirée (fig. 2B) et les fournit à un bus s de données 52. Un convertisseur numérique/analogique 54 fournit à partir de ces données le signal 8 (t) de position désirée s sous forme analogique au servo-amplificateur et au circuit de commande de la figure 1. Le bus 52 peut être connecté à une pluralité de tels convertisseurs 54 pour commander indépen- damment les mouvements d'une pluralité correspondante de bras basculeurs de paraison. La commande de vitesse est facilitée par une horloge 56 en temps réel. Le transducteur 16 de position du bras basculeur est connecté via un convertisseur analogique/ numérique au bus de données 52 ce qui permet de corriger les points extremes e1 et 82 en fonction de l'usure et/ou des effets de dilatation thermique. R E V E N D I C A T IONS -- 1. Système de commande pour la fabrication de récipients en verre comportant au moins un organe propre & être animé d'un mouvement oscillant commandé entre deux positions extrêmes prédéterminées, ce système étant destiné à commander le mouvement dudit organe (10) et étant caractérisé par le fait qu'il comporte: un moteur (14) couplé pour piloter ledit organe (10) selon ledit mouvement; un.premier moyen transducteur (16) sensible au mouvement dudit organe (10) pour fournir un signal e indiquant la position réelle dudit organe entre lesdites positions extrêmes (e1, e2); des moyens servo-amplificateurs (20) pour recevoir ledit signal e indiquant la position réelle et provenant dudit premier moyen transducteur (16) et un second signal indiquant la position désirée, et pour fournir audit moteur (14) un signal de pilotage de l'organe (10) en fonction de la différence entre lesdits signaux indiquant la position réelle et la position désirée; et des moyens (30) pour fournir ledit signal indiquant la position désirée de l'organe (10) et comprenant des moyens de mémoire (32) pour stocker les données définissant la trajectoire du mouvement désiré dudit organe (10) entre lesdits points extrêmes (e1, e2) en fonction du temps, des moyens de base de temps (34, 36) pour accéder périodiquement audit moyen de mémoire (32) pour fournir un signal indiquant la position désirée de l'organe en fonction du temps, et un moyen (46) pour fournir ce signal cité en dernier auxdits moyens servo- amplificateurs (20). -- 2. Servosystème pour commander le mouvement d'un organe (10) dans la fabrication de récipients en verre, mouvement consistant en une oscillation selon une trajectoire présélectionnée entre des points extrêmes de tra- jectoire (e1,e2) prédéterminés, ledit système comportant un moteur (14) couplé pour piloter ledit organe (10), un trans- ducteur (16) couplé audit organe (10) pour fournir un signal indiquant le mouvement réel et un servo-amplificateur (20) sensible à la différence entre ledit signal indiquant le mou- vement réel etun signal indiquant le mouvement désiré pour alimenter en énergie ledit moteur (14), caractérisé par le fait qu'il comporte: des moyens (30) pour fournir ledit signal indiquant le mouvement désiré comprenant des moyens de mémoire (32) dans lesquels sont emmagasinés des signaux indiquant des incréments séquentiels du mouvement désiré de l'organe (10) selon ladite trajectoire présélectionnée, des moyens (34, 36) d'accès pério- dique auxdits moyens de mémoire (32) de façon à présenter tour à tour lesdits incréments séquentiels, et des moyens (46) pour fournir lesdits incréments séquentiels auxdits moyens amplificateurs (20) en tant que signal e (t) indiquant le s mouvement désiré. -- 3. Système selon la revendication 2 caractérisé par le fait que l'on a emmagasiné dans lesdits moyens de mémoire (32) une pluralité de signaux discrets de position de trajectoire entre lesdits points extrêmes (e1,92) disposés en une série en fonction du temps, et que lesdits moyens d'accès (34, 36) comprennent des moyens pour lire séquentiellement ledit signal de position en fonction du temps réel. -- 4. Procédé de fabrication de récipients en verre pour commander le mouvement d'un organe (10) entre des points prédéterminés (i1, e2) caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes: (a) établir une trajectoire désirée en fonction du temps entre lesdits points prédéterminés (91,92), (b) emmagasiner ladite trajectoire dans une mémoire électronique (32) sous forme d'une pluralité de signaux de position désirée disposés en une série en fonction d'unités incrémentielles de temps, (c) lire séquentiellement lesdits signaux de position dans lesdits moyens de mémoire (32) sous forme d'une fonction incrémentielle du temps, et (d) diriger lesdits signaux de position désirée vers ledit organe (10) de manière à faire varier la position dudit organe entre lesdits points extrêmes (e1,e2) le long de ladite trajectoire. -- 5. Servosystème pour la fabrication de récipients en verre pour commander le mouvement oscillant d'un organe (10) entre des points extrêmes prédéterminés e1 et a2, ledit servosystème étant caractérisé par le fait qu'il comporte un moteur (14) couplé de façon à déplacer ledit organe entre lesdits points extrêmes, un transducteur (16) couplé audit organe (10) pour fournir un signal e indiquant la position réelle de l'organe, et des moyens servo-amplificateurs (20) pour alimenter en énergie ledit moteur (14) en fonction de la différence entre ledit signal e de position réelle et un second signal e (t) indiquant la position désirée de l'organe, S et par le fait qu'il comporte des moyens (30) pour fournir ledit second signal e (t) qui comprennent: s des moyens de mémoire (32) dans lesquels est emmagasinée une séquence de signaux f(t) indiquant le mouvement désiré dudit organe (10) le long d'une trajectoire de mouvement présélectionnée entre des points extrêmes de trajectoire ei et Of, lesdits signaux étant mis en mémoire sous forme de fonctions incrémentielles du temps t; des moyens (30) pour traduire électroniquement lesdits points extrêmes de trajectoire ei et ef pour les faire correspondre auxdits points extrêmes prédéterminés e1 et e2; des moyens incluant un oscillateur (36) pour accéder périodiquement auxdits moyens de mémoire (32) pour fournir des signaux séquentiels f(t) indiquant la position incrémentielle désirée le long de ladite trajectoire, et des moyens (46) répondant auxdits signaux séquentiels f(t) et auxdits moyens électroniques de traduction (38) pour diriger lesdits signaux séquentiels 0 (t) sous forme d'une s fonction de ceux-ci auxdits moyens servo-amplificateurs (20) sur leur seconde entrée. -- 6. Système selon la revendication 5 caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens variables (40, 42) pour fournir un premier et un second signal de commande indiquant respectivement lesdits points extrêmes e et 82. -- 7. Système selon la revendication 6 caractérisé par le fait que lesdits moyens de traduction (30) comprennent un premier moyen amplificateur (44) répondant auxdits premier et second signaux de commande pour fournir une sortie qui varie en fonction de (O2-81)/(Mf- Ei) , des moyens multiplicateurs répondant audit premier moyen amplificateur (44) et auxdits moyens de mémoire (32) pour fournir une sortie qui varie en fonction (e2 - e) de (e -.) f(t), et un second moyen amplificateur (46) répondant auxdits moyens multiplicateurs et audit premier signal pour fournir lesdits signaux séquentiels en fonction de l'équation (O2 - E1) s (t) = E1 + (E) e f(t) -- 8. Système selon la revendication 7 caractérisé par le fait que lesdits moyens de mémoire comprennent des moyens numériques de mémoire (32) couplés audit oscillateur en temps réel (36) pour fournir des sorties numériques séquentielles indiquant lesdites positions incrémentielles, et par le fait que lesdits moyens amplificateurs comprennent un conver- tisseur numérique/analogique (38, 54) répondant auxdits moyens numériques de mémoire (32) et audit premier moyen amplifica- teur (44). -- 9. Système selon la revendication 8 caractérisé par le fait que ledit moteur (14) consiste en un moteur - couple à courant continu dont l'arbre de sortie est directement couplé audit organe (10) de façon à déplacer ledit organe (10) entre lesdits points extrêmes el et e2 en moins d'un tour dudit arbre, ledit transducteur (16) étant directement couplé audit organe (10) et audit arbre. -- 10. Servosystème pour commander le mouvement d'un organe (10) dans la fabrication de récipients en verre, de façon à faire osciller ledit organe selon une trajectoire présélectionnée entre deux positions prédéterminées ei1 et e2, caractérisé par le fait qu'il comporte un moteur (14) couplé de façon à piloter ledit organe (10), des transducteurs de position (16) et de vitesse (18) couplés audit organe (10) et disposés avec des additionneurs (22, 24) et un servo-amplifi- cateur (26) pour constituer un servosystème de position qui suit un point de fixation de position, et par le fait qu'il comporte des moyens (30) pour fournir une trajectoire faite de valeurs de points de fixation de position, ces moyens comprenant des moyens de mémoire (32) dans lesquels sont emmagasinés des signaux indiquant des valeurs séquentielles de position désirée de l'organe (10) le long de ladite trajectoire présélectionnée, des moyens (34, 36) pour accéder périodiquement auxdits moyens de mémoire (32) de façon à présenter tour à tour lesdites positions séquentielles, et des moyens (38, 46) pour fournir lesdites positions séquentielles auxdits moyens amplificateurs (20) comme signal indicateur du mouvement désiré.