Brevet FR2591336A1 — publié le 19870612

La présente invention concerne un banc d'essai automatique pour machines pneumatiques portatives, permettant notamment la gestion informatique d'un parc de telles machines. On sait que, tant pour les fabricants que pour les utilisateurs de machines pneumatiques, il est important de contrôler les performances de celles-ci, afin soit de respecter un cahier des charges, soit de procéder à des opérations d'entretien appropriées ou bien encore d'effectuer un contrôle journalier, les machines pouvant éventuellement être remplacées ou déclassées à la suite d'un contrôle. Actuellement, de telles opérations de contrôle s > effec- tuent au coup par coup pour chaque machine et le suivi technique, qui peut par ailleurs être informatisé, ne constitue en tout état de cause qu'une amélioration du système bien connu des fiches suiveuses. En effet, toutes les opérations de contrôle sont spécifiques aux caractéristiques recherchées pour chaque machine, de sorte que toutes les caractéristiques d'une machine donnée (telles que vitesse de rotation, couple, bruit...) doivent être examinées indépendamment les unes des autres, bien souvent, sur des bancs d'essais différents, alors que les caractéristiques de l'alimentation en air comprimé (débit, pression, hygrométrie...) doivent faire l'objet d'un contrôle permanent pendant chaque opération. Il en résulte que, jusqu'à présent, on n'a pas pu intégrer toutes ces opérations de contrôle en un cycle unique. Les opérations de contrôle effectuées actuellement au coup par coup sont donc fastidieuses et onéreuses, d'autant plus que, par exemple pour une entreprise aéronautique, le nombre des machines pneumatiques peut être de plusieurs dizaines de milliers et que la diversité d'utilisation (perçage manuel, détourage, meulage, perçage automatique,...) de ces machines est importante. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients et de réaliser un banc d'essai automatique intégrant toutes les opérations de contrôle d'une pluralité de machines pneumatiques et apportant une sécurité accrue dans l'appréciation permanente des caractéristiques d'un parc de telles machines. A cette fin, selon l'invention, le banc d'essai automatique pour machines pneumatiques portatives, comportant un support sur lequel peuvent être fixées successivement lesdites machines, un système d'alimentation desdites machines en air comprimé, un frein variable de la rotation desdites machines, un capteur du couple exercé sur ledit frein par lesdites machines ainsi qu'au moins un capteur susceptible de mesurer la vitesse de rotation desdites machines, est remarquable en ce que ledit système d'alimentation en air comprimé comporte un organe de pilotage de pression et un organe de pilotage de débit et en ce qu'est prévu un ensemble de calcul et d'automation pour commander ledit frein de rotation et lesdits organes de pilotage de pression et de débit et pour enregistrer les indications fournies par lesdits capteurs de couple et de vitesse de rotation, selon un programme propre à chaque machine. Lesdits organes de pilotage de pression et de débit servent à reproduire les conditions d'utilisation des machines en atelier, tandis que ledit frein sert à reproduire la charge supportée par lesdites machines. Pour une même machine, l'ensemble de calcul fait varier automatiquement, par l'intermédiaire dudit frein, la charge appliquée sur ladite machine. Pendant l'évolution de cette charge, l'ensemble des paramètres est mémorisé par ledit ensemble de calcul pour permettre le tracé de l'évolution de ces paramètres. Ainsi, le déroulement des essais est indépendant de l'opérateur et toutes les données sont mémorisées en cours d'essais pour pouvoir être exploitées en vue d'assurer soit le suivi technique de chaque machine, soit la gestion globale du parc des machines. Avantageusement, notamment dans le cas où lesdites machines pneumatiques rotatives sont des éléments de machines-outils plus complexes, il est avantageux que ledit support des machines pneumatiques soit monté mobile en translation par rapport à une butée fixe dudit banc par l'intermédiaire d'un frein de translation commandable par ledit ensemble de calcul et qu'un capteur soit disposé entre lesdites machines et ladite butée fixe pour mesurer la pression exercée sur celle-ci par lesdites machines en fonction de ladite translation et pour adresser ladite pression mesurée audit ensemble de calcul. De préférence, ledit frein commandable est un vérin pneumatique alimenté à partir dudit système d'alimentation. Afin d'améliorer au maximum les tests auxquels sont soumises lesdites machines, le banc d'essai selon l'invention peut comporter un capteur de vibrations en contact avec lesdites machines et/ou un capteur de son associé à celles-ci, lesdits capteurs adressant leurs mesures audit ensemble de calcul. Pour pouvoir gérer un parc de machines, ledit ensemble de calcul est associé à des mémoires lui permettant d'enregistrer et de suivre l'évolution des caractéristiques desdites machines pneumatiques dans le temps. On voit ainsi que le banc d'essai selon l'invention reçoit les machines à vérifier et pilote selon des séquences programmées, toutes les opérations d'essai qui se déroulent indépendamment de l'opérateur, en les mémorisant de telle sortevque toutes les données mémorisées puissent par la suite être exploitées en vue soit d'assurer le suivi technique de chaque machine, soit de permettre la gestion globale du parc des machines. D'une manière générale, la mise en oeuvre du banc d'essai automatique conforme à l'invention permet - l'évaluation et la comparaison des performances des machines neuves qui conduisent à moyen terme à obtenir un parc de machines pneumatiques mieux adaptées à la fabrication - la gestion qualitative et quantitative du parc de machines, ce qui autorise un suivi précis des dates de révision et de péremption, déterminant la fiabilité des machines - la mesure et le suivi des performances de chaque machine qui pemettent d'évaluer le vieillissement du matériel en cours d'utilisation et son déclassement ou remplacement éventuel en cas d'insuffisances de performances, en conduisant à réaliser des économies d'énergie (fuites d'air) et de matières premières, ou de valeur ajoutée - par la mesure et l'enregistrement des deux paramètres essentiels que sont les vibrations et le bruit, de réduire les nuisances et d'accroitre le confort des utilisateurs - accesoirement, de contrôler la qualité de coupe des outils destinés à être montés sur lesdites machines. En outre, les performances enregistrées et mises-en mémoires permettent, par utilisation des programmes appropriés, de faire la classification des machines et d'établir un tableau d'équivalence entre fournisseurs. Enfin l'exploitation des données peut être mise à profit pour améliorer la qualité des machines et optimiser les cycles de fonctionnement. De préférence, entre ledit organe de pilotage de pression et ledit organe de pilotage de débit, ledit système d'alimentation comporte au moins deux branches en parallèle correspondant à des plages de variation de débit différentes. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue en perspective du banc de mesure selon l'invention. La figure 2 est un schéma explicatif du fonctionnement du banc avec ses parties mécaniques, pneumatiques, électriques et électro-pneumatiques. La figure 3 est un schéma montrant la partie des branchements sur l'ensemble de calcul. On sait que les machines pneumatiques utilisées dans l'industrie sont essentiellement de deux types, à savoir celles qui sont portables et celles qui sont disposées sur des machines plus ou moins complexes devant assurer les diverses tâches automatisées. Les premières, portables, ne requièrent que des mesures de vitesse de rotation, de couple, de vibration, de bruit, de pression, de débit, de température, d'hygrométrie et de puissance, tandis que les secondes doivent faire l'objet de mesures complémentaires de vitesse de translation et de force de poussée. De plus, dans un contrôle de caractéristiques, des mesures supplémentaires d'excentration et- de détection de balourd peuvent être adjointes aux mesures précédentes, de même que la qualité de coupe des outils peut également être appréciée. Ces mesures doivent tenir compte des caractéristiques d'alimentation générale en air, cette alimentation pouvant subir des variations lorsque dans la pratique un grand nombre de machines travaillent ensemble en faisant baisser de la sorte le débit d'air disponible. D'une manière générale, les différents paramètres à mesurer sur une machine sont essentiellement définis par - Au niveau de l'alimentation en air la pression pouvant varier par exemple de O à 7 bars le débit compris par exemple entre 100 et 2500 l/mn . la température variant par exemple entre 10 et 40 C . l'hygrométrie (de O à 100 % HR). - Au niveau de la machine la vitesse de rotation variant par exemple de 100 t/mn à 100 000 t/mn le couple compris par exemple entre 0 et 100 N.m les vibrations (minimales de O à 500 Um) , le bruit (minimal de 60 à 120 dB) la vitesse de translation pour les machines à avance automatique, (par exemple de 0 à 5 m/mn) la force de poussée comprise par exemple entre 0 à 500 daN . la puissance, calculée en fonction de la vitesse de rotation et du couple. Pour tenir compte de la coexistence des machines portatives et des machines intégrées à des machines-outils, le banc selon l'invention détermine deux genres de mesures - Pour toutes les machines des mesures sont réalisées à une pression d'air comprimé régulée (par exemple 6 bars) avec un débit libre, ce qui permet de mesurer les performances de la machine sous une pression demandée par le constructeur d'autres mesures sont effectuées avec pression dynamique libre et débit limité (mode dégradé), ce qui correspond exactement aux conditions de travail dans un atelier, par le fait que l'alimentation en air peut se trouver limitée lorsqu'un grand nombre de machines travaillent ensemble. - Pour les seules machines à avance automatique et afin de détecter les points durs en translation, on réalise des mesures a à puissance maximale correspondant à une valeur de couple déterminée avec trois vitesses d'avance différentes a à puissance maximale correspondant à une valeur de couple déterminée avec trois charges d'avance différentes reprise de ces essais avec pression régulée et débit libre reprise de ces essais à pression libre et débit limité. Les résultats de tous ces essais font ressortir dans le cadre de l'invention des données calculées, par exemple imprimées. Les conditions de détermination de toutes ces mesures découlent d'un ensemble automatique constituant le banc d'essai selon l'invention et qui va être décrit maintenant plus en détail. Le banc d'essai selon l'invention, dont la vue extérieure est représentée sur la figure 1 comporte une console ergonomique sur laquelle sont montés, à la disposition de l'opérateur, un berceau 1 recevant une machine à contrôler 100 et associé aux différents capteurs, dispositifs et actionneurs qui seront décrits par la suite, un ensemble de calcul et d'automation 2 incluant des éléments également décrits par la suite tels que'une imprimante, des amplificateurs 4,5,6 et 7, des indicateurs numériques 8.1 à 8.9 et un capot de protection transparent 9, recouvrant le berceau 1 et la machine 100. Comme on peut le voir sur la figure 2, la machine pneumatique à tester 100 est maintenue dans le berceau 1 par un porte-outil 16, lui-même solidaire d'une poupée 17 assujettie en glissement longitudinal sur le bâti 18 du banc. La machine à tester 100, qui peut être du type portable ou être une machine à avance automatique, est dans le cas présent représentative d'une unité de perçage automatique. Comme indiqué précédemment, il sera donc procédé à une mesure complémentaire de force de poussée, de vitese de translation et de déplacement. L'alimentation en air de la machine 100 est effectué-e par un système de connexion habituel 19 du type prise d'air amovible. La partie fixe du banc comporte de plus une butée 20, liée rigidement au bâti 18 et un vérin à double effet 21, qui permet de freiner en translation l'outil 100 orthogonalement à ladite butée fixe 20. Le mandrin de la machine 100 est en prise avec un frein de rotation 23 qui est porté par la butée 20 et dont la mise en oeuvre est sous la dépendance d'un présenceur 24. Les mesures au niveau du berceau 1 sont assurées par divers capteurs. Deux capteurs de vitesses de rotation, l'un de grande vitesse 25 et l'autre de petite vitesse 26, sont reliés par une ligne 10 à un relais 27, destiné à effectuer la sélection entre ces deux détecteurs 25 et 26. Ceux-ci sont par exemple à champ magnétique mesurant la variation du champ induit par deux roues dentées, l'une 29 pour une détection de l'ordre de 10 000 t/mn et l'autre 28 jusqu'à 100 000 t/mn. Les informations de vitesse sont fournies par lesdits détecteurs 25 et 26 à un convertisseur fréquence/tension qui délivre une tension analogique à l'ensemble de calcul. Un capteur 11 constate la position du berceau 1. Ce capteur est lié mécaniquement à l'articulation de la bielle du vérin 21 commandant le déplacement de la poupée mobile 17. Il est constitué par exemple d'un noyau plongeant dans une bobine délivrant une tension proportionnelle au déplacement. Ce déplacement permet de calculer la vitesse de translation. Il délivre un signal de position sur une plage étendue de l'ordre de + 150 mm correspondant sensiblement au déplacement maximum d'une machine pneumatique montée sur machine-outil automatique. Un capteur combiné 12,13 monté sur la butée 20 mesure le couple et la force de translation. Ce capteur effectue de fait une mesure de contre-couple exercé par le frein 23 et une mesure de contre-poussée exercée par le frein 21, ce qui permet d'éliminer les problèmes dûs à la vitesse maximum de rotation d'un capteur de couple pur. La précision peut être de l'ordre de 5 % relatif dans la gamme de 1 N.cm à 100 N.m avec possibilité d'une surcharge de 50 N.m. Il est par exemple de type piézo-résistif, associé à deux amplificateurs de charge à gain variable et il permet d'une part de mesurer l'effort de poussée axiale exercée par une machine dans une gamme de O à 500 daN et d'autre part et lors d'essais de machines à avance ou autre, de mesurer le couple et la poussée axiale. Un capteur de vibrations 14 est positionné directement sur la machine 100 à tester à l'endroit le plus critique, par exemple par un collier de fixation. La chaîne de mesure des vibrations est constituée, par exemple, par un accéléromètre à fréquence propre élevée, afin d'éviter qu'il entre en résonnance, et par une électronique associée qui permet de mesurer au choix, soit une accélération, soit une vitesse, soit un déplacement. Les mesures s'effectuent dans un spectre de fréquences donné de 10 à 1000 Hz par exemple, qui est le plus gênant pour l'utilisateur selon la législation en vigueur. Il est à noter que des essais ont permis de mettre en évidence le fait que l'accélération n'est pas le critère essentiel à retenir dans une telle mesure, mais que la vitesse ou le déplacement sont beaucoup plus significatifs de l'impression ressentie par ltopérateur. Un capteur de bruit 15 complète l'ensemble des capteurs analogiques du berceau 1. Ce capteur 15 peut être un micro omnidirectionnel disposé au voisinage immédiat de la machine 100 à tester et relié à une chaîne de mesures. Un présenceur 30 de sécurité est associé à la fermeture de capot 19. Si les paramètres concernant la machine à tester sont déterminés par les capteurs dont il vient d'être fait mention, la détermination des paramètres conditionnant l'alimentation du circuit en air comprimé, doit être effectuée en même temps par d'autres capteurs, pendant que divers actionneurs adaptent l'alimentation d'air. A cet effet, le circuit 3 d'alimentation en air comprimé comporte deux dérivations : l'une destinée à l'alimentation de la machine à tester à travers deux sous-circuits l'un de petit débit, l'autre de grand débit, et l'autre à l'alimentation du vérin 21. L'air comprimé arrive en 37, à la pression usuelle industrielle de 8 bars par exemple, pour parvenir, à travers une électro-vanne de sécurité 34 et un filtre 35, sur un capteur de température et d'hygrométrie 36 comportant une sonde platine reliée à un transmetteur de courant. Le circuit d'air se divise ensuite en deux réseaux dont l'un est dirigé vers le vérin 21 et l'autre vers l'alimentation de la machine à tester 100. Le circuit vers le vérin 21 comporte un manodétendeur 38, un convertisseur pression/tension 40, une électrovanne 41 et un distributeur 31, alimentant le vérin 21. Le circuit vers la machine 100 à tester arrive sur un actionneur de pression 32, qui est pilote par courant et qui doit assurer une parfaite étanchéité à l'air en pouvant néanmoins laisser passer un débit de 2500 Nl/mn sans perte de charge notoire. Un actionneur de débit 33 pilote les débits en air comprimé. La pression de pilotage commune aux deux actionneurs de pression 32 et de débit 33 est régulée par un manodétendeur 42. Un capteur de pression amont 43 émet une tension analogique qui est comparée à une grandeur de consigne émise par l'ensemble de calcul. A partir de ces deux valeurs, celui-ci réalise un calcul d'asservisseme-nt et émet une tension analogique en direction de l'actionneur de pression 32, qui vient alors se positionner pr6por- tionnellement à cette tension. La nouvelle valeur de pression est alors lue par le capteur 43 et influe sur le nouveau calcul de tension analogique qui asservit la pression. L'actionneur de débit 33, associé aux capteurs de débit 46 et 47, fonctionne de la même façon. Un capteur de pression utile 39 mesure la pression réellement disponible pour la machine à tester. Ces capteurs de pression utile 39 et amont 43 doivent mesurer une pression variant de 4 à 8 bars avec une précision de l'ordre de 1 % sur l'étendue de la mesure. Le circuit d'air est sélecté par une électrovanne 44 de commutation de grand débit ou une électrovanne 45 de commutation de petit débit. Ces électrovannes sont commandées par le calculateur en fonction de valeurs de consigne données par le calculateur à l'automate. Les débits sont contrôlés par des capteurs de débits 47 (pour le petit débit) et 46 (pour le grand débit). Les capteurs 46 et 47 enregistrent une mesure quadratique pour des débits variant dans des proportions considéra bles de l'ordre de 100 à 2500 Nl/mn. La gamme de mesures doit être en deux parties, la dynamique des capteurs de débit ne permettant pas d'explorer ladite plage par un seul capteur. Pour une précision relative de l'ordre de 5 % sur la mesure, chaque capteur doit avoir une précision de 0,2 % de l'étendue de mesures sur diaphragmes de mesure soigneusement calibrés. L'ensemble de calcul sélectionne l'information des capteurs liés à un extracteur de racine carré eut qui donnent une tension analogique, non une valeur de pression. Le distributeur 31, qui est à tiroirs, doit être capable d'envoyer la pression dans l'une ou l'autre des chambres du vérin 21 tout en mettant l'autre à l'air libre, et il comporte à cet effet, deux bobines sélectant une pression de pilotage faible de l'ordre de 3,5 bars, tout en possédant une stabilité dans les deux positions d'équilibre assurées par l'électrovanne 41. Une jonction 48 de type connu assure l'émergence du bâti 18 et la liaison à la machine à tester et en cas de besoin l'électrovanne de sécurité 34 coupe toute 11 alimentation en air du circuit en arrêtant le test en cours et en positionnant toutes les vannes en position fermée. Elle réagit sur ordre soit par arrêt d'urgence volontaire (interrupteur 117), soit lors du dépassement d'une valeur de consigne, soit enfin lors de l'ouverture du capot par l'effet du présenceur 30. Tous les capteurs et actionneurs sont interconnectés sur des électroniques associées reliées à l'ensemble de calcul 2, comme cela résulte des schémas des figures 2 et 3 et du tableau ci-après (le sens des flèches indique les arrivées ou les départs) des connexions. Boîtier électronique de couple 101 # capteur 12 de de poussée 102 # capteur 13 de de bruit' 103 capteur 15 de vibration 104 # capteur 14 de déplacement 105#distributeur 31 de pression utile 106# capteur 39 de petit débit 107 capteur 47 de de grand débit 108 # capteur 46 " de pression amont 109# capteur 43 de température/hygrométrie 110# capteur 36 de vitesse de rotation 1112 relais 27 Liaison-Automate programmable 112 # capteur 30 - # capteur 24 " " # capteur 11 " " # interrupteur 117 capteur 11 &num;i distributeur 31 " " # relais 27 " " 113 # électrovanne 34 " ,. # électrovanne 45 " " # électrovanne 44 " " # électrovanne 41 " " 114 # capteur 23 " l ) capteur 36 115 # convertisseur 40 " #actionneur de débit 33 " 116#actionneur de pression 32 L'ensemble de calcul 2 peut comprendre un automate programmable couplé à un micro-ordinateur (de type conventionnel) comportant au minimum - une mémoire vive de 48 K (in situ) - deux lecteurs de disquettes (2.1,2.2.) - un écran (2.3) - une interface (RS232 liaison micro-automate) - une imprimante (2.5) Les mesures sont effectuées après mise en place de la machine à contrôler 100 et branchements convenables sur l'automate programmable et le micro-ordinateur, permettant ainsi aux informations d'être enregistrées et mises en mémoires. La mise en oeuvre du banc automatique selon l'invention permet donc, grâce à l'automatisme des séquences programmées, un déroulement des mesures précises portant sur tous les paramètres de mesures utiles. REVENDICATIONS 1 - Banc d'essai automatique pour machines pneumatiques portatives, comportant un support (17) sur lequel peuvent être fixées successivement lesdites machines (100), un système (3) d'alimentation desdites machines en air comprimé, un frein variable (23) de la rotation desdites machines, un capteur (13) du couple exercé sur ledit frein par lesdites machines, ainsi qu'au moins un capteur (25) susceptible de mesurer la vitesse de rotation desdites machines, caractérisé en ce que ledit système (3) d'alimentation en air comprimé comporte un organe de pilotage de pression (32) et un organe de pilotage de débit (33) et en ce qu'est prévu un ensemble de calcul et d'automation (2) pour commander ledit frein de rotation (23) et lesdits organes de pilotage de pression t de débit (32,33) et pour enregistrer les indications fournies par lesdits capteurs de couple et de vitesse de rotation, selon un programme propre à chaque machine. 2 - Banc d'essai selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit support (17) des machines pneumatiques est monté mobile en translation par rapport à une butée fixe (20) dudit banc par l'intermédiaire d'un frein (21) commandable par ledit ensemble de calcul (2) et en ce qu'un capteur (13) est disposé entre lesdites machines et ladite butée fixe pour mesurer la pression exercée sur celle-ci par lesdites machines en fonction de ladite translation et adresser ladite pression mesurée audit ensemble de calcul 3 - Banc d'essai selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit frein commandable est un vérin pneumatique (21) alimenté à partir dudit système d'alimentation. 4 - Banc d'essai selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de vibration (14) en contact avec lesdites machines et adressant ses mesures audit ensemble de calcul. 5 - Banc d'essai selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de son (15) associé auxdites machines et adressant ses mesures audit ensemble de calcul. 6 - Banc d'essai selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit ensemble de calcul est associé à des mémoires lui permettant d'enregistrer et de suivre l'évolution des caractéristiques desdites machines pneumatiques dans le temps. 7 - Banc d'essai selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, entre ledit organe de pilotage de pression et ledit organe de pilotage de débit, ledit système d'alimentation comporte au moins deux branches en parallèle correspondant à des plages de variation de débit différentes.