Brevet FR2595441A1 — publié le 19870911

La présente invention concerne un dispositif de sécurité à détecteur de contact, composé d'un capteur de contact électro-mécanique et d'une unité de traitement électronique des informations issues du capteur de contact. On connait déjà, dans l'industrie, notamment dans les secteurs mettant en oeuvre des appareils de manutention ou. de formage, - des robots industriels, ou plus généralement des installations comportant des parties librement mobiles dans l'espace, des dispositifs de sécurité destinés le plus souvent à protéger les personnes en leur interdisant l'accès à des zones réputées dangereuses. Selon l'état de la technique, ces dispositifs de sécurité consistent en des barrages matériels ou immatériels disposés entre l'opérateur et la machine dangereuse, et dont le franchissement provoque automatiquement l'immobilisation des parties dangereuses en mouvement, ou la cessation du cycle de travail en cours. En ce qui concerne les barrages immatériels connus, il s'agit le plus souvent de barrages optiques utilisant un faisceau de rayonnement infrarouge dont la coupure par l'opérateur provoque l'arrêt de la machine. Le fonctionnement de ces barrages optiques est généralement très fiable, mais l'utilisation d'une barrière immatérielle entrarne l'utilisation conjointe d'écran matériel empêchant de contourner le barrage optique, ce qui augmente considérablement l'encombrement global, la complexité et le coût de ce type de dispositif de sécurité. Par ailleurs, les barrages matériels utilisés jusqu'à présent consistent le plus souvent en des barrières, des tapis ou des planchers sensibles, notamment électriques ou pneumatiques, disposés dans l'environnement immédiat de la machine dangereuse. Ainsi, en ce qui concerne les tapis électriques sensibles, il sont en général constitués de deux armatures métalliques reliées à des potentiels électriques, et mises ponctuellement en contact par la présence d'une personne sur le tapis, ce qui se traduit par une variation de résistance ohniique ou par la circulation d'un courant électrique, qui est détecté par un dispositif de traitement électronique commandant ensuite la mise hors circuit de la machine dangereuse. De ce fait, ces tapis ou planchers sensibles, placés dans llenvironnement immédiat d'une machine, permettent effectivement d'assurer la protection d'une personne en lui interdisant l'accès de la zone dangereuse, mais sont totalement inefficaces lorsqu'il s'agît de protéger l'une de autre, des machines travaillant côte à côte, et dont des parties en mouvement risquent d'en trer en collision. II est à noter que cette situation est rencontrée de plus en plus fréquemment du fait de la robotisation accrue des tâches, qui se traduit quelquefois par la présence simultanée de plusieurs robots travaillant conjointement dans une même zone ou sur une même- pièce. De ce fait, la présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients des dispositifs de sécurité connus dans l'état actuel de la technique, et plus précisément, de proposer un dispositif de sécurité par détection de contact qui permette de protéger à la fois le personnel travaillant à proximité des machines, et l'ensemble des éléments en mouvement, qui pourraient entrer en collision par suite d'un disfonctionnement. Un autre but de la présente invention est de fournir un dispositif de sécurité par détection de contact qui soit doté d'une grande sensibilité, d'une bonne fiabilité, et dont la mise en oeuvre n'entrarne qu'un faible coût d'utilisation. Enfin, le dispositif selon la présente invention se propose de permettre une détection de contact homogène, et ceci sur une grande surface de détection, sur des formes quelconques, et même pour des contacts et des chocs de faible énergie. A cet effet, I'invention concerne un dispositif de sécurité à détecteur de contact, composé d'un capteur de contact électro-mécanique et d'une unité de traitement électronique des informations issues du capteur de contact, dispositif caractérisé par le fait que ledit capteur de contact se compose d'un tapis de feutre souple et conducteur de l'électricité, alimenté par une tension électrique continue, et connecté à ladite unité de traitement électronique par l'intermédiaire d'électrodes espacées, solidaires du feutre. L'invention sera bien comprise en se référant à la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et au dessin ci-annexé dans lequel - la figure 1 est une schéma synoptique du dispositif de sécurité selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en élévation et en coupe du capteur de contact de la figure 1 - la figure 3 est un schéma synoptique de la partie électronique de traitement associée au capteur de la figure 1. On se réfère à la figure 1. Le dispositif de sécurité 1 pour la détection de contact selon l'invention se compose principalement d'un capteur de contact 2 qui, lorsqu'il est soumis à une contrainte mécanique telle qu'un choc ou même un léger contact, délivre un signal électrique à une unité de traitement 3, elle-même reliée à une interface électronique 4 permettant d'élaborer un signal utile pour arrêter le cas échéant le fonctionnement d'une machine 5 en danger de collision. II est à noter que le capteur de contact 2 est par ailleurs relié à un circuit électronique d'autotest 6 permettant de vérifier régulièrement le bon fonctionnement du dispositif. On se réfère à la figure 2. Selon l'invention, le capteur de contact 2 est constitué par un feutre 7 électriquement conducteur, et dont la résistance électrique entre deux points quelconques varie avec l'importance du contact ou de la contrainte mécanique qui lui est momentanément appliquée. Le feutre 7 se présente sous la forme d'une feuille souple dont l'épaisseur varie de préférence entre quelques millimètres et quelques centimètres. Cette feuille souple est destinée à être placée directement contre une pièce mobile 8 faisant partie d'une machine ou d'un robot. Il est à noter que si sur la figure 2 le feutre 7 est représenté plan, sa souplesse lui permet d'adopter des formes quelconques, et par suite, d'être fixé à demeure sur les éléments mobiles d'une machine, et notamment, sur un bras de robot. Selon l'invention, le feutre 7 est réalisé à partir d'un ensemble de fibres qui sont cardées ou aiguilletées, et dont les caractéristiques sont choisies de telle manière qu'un contact, meme léger, entre le feutre 7 et un autre objet, provoque une variation aléatoire de la résistance électrique du feutre. Cette résistance électrique est mesurée entre deux points 9 et 10 du feutre 7, par l'intermédiaire de deux électrodes il et 12, électriquement reliées au feutre 7 par l'intermédiaire d'une colle conductrice. Comme représenté sur la figure 2, les électrodes 11 et 12 sont reliées respectivement au circuit de traitement 3 fournissant une tension pnsitivc, et à la masse 13.De ce fait les électrodes 11 et 12 permettent de créer des lignes de courant sur toute la surface du feutre 7. Selon l'invention, la structure du feutre 7 est choisie de telle manière qu'une déformation ou un choc localisé sur le feutre, provoque liap- parition sur celui-ci d'un bruit électrique aléatoire. Ce bruit électrique aléatoire se propage le long des lignes de courant créées par les électrodes Il et 12, et est détecté électroniquement par le circuit de traitement 3. Bien évidemment, pour qu'un contact ou un choc sur le feutre 7 se traduise par un bruit électrique aléatoire aux bornes des électrodes 11 et 12, ce feutre 7 possède, selon l'invention, une structure bieh particulière. Ainsi, le feutre 7 est constitué d'un enchevêtrement très dense de petites fibres de quelques millimètres à quelques centimètres de longueur, et de quelques dixièmes à quelques dizaines de micromètres de diamètre. Au moins une partie de ces fibres est électriquement conductrice, et le diamètre ainsi que la longueur des fibres influencent la résistivité du feutre, qui se situe de préférence entre quelques dizaines et quelques centaines d'Ohms par centimètre. Selon l'invention, les fibres enchevêtrées (non représentées) du feutre 7 peuvent être constituées par des fibres métalliques inoxydables, par des fibres de carbone, ou encore, par un mélange de fibres conductrices métalliques et de fibres non conductrices, par exemple en polyester. Cependant, le feutre 7 peut également être constitué par un mélange de fibres de carbone et de fibres synthétiques non conductrices. En outre, le feutre 7 peut être renforcé par un tissage quelconque, notamment textile, pouvant améliorer sa tenue mécanique. Selon une variante de base du capteur de contact 2, celui-ci est simplement constitué par un feutre 7 appliqué directement sur une pièce 8 ou une surface à protéger. Cependant, selon une réalisation préférentielle du capteur de contact 2 (figure 2), le feutre 7 est associé à un coussin 14 dont il est rendu solidaire par un moyen quelconque. Ce coussin 14 est notamment constitué par un coussin de mousse synthétique pouvant se déformer élastiquement ou plastiquement afin d'absorber une partie de l'énergie des chocs. Bien entendu, le coefficient d'absorption de ce coussin de mousse 14 sera choisi de manière à assurer une sensibilité optimale du feutre 7 vis-à-vis des chocs à détecter. Par ailleurs, I'ensemble du capteur de contact 2 peut être entouré par une gaine de protection 15, en matière plastique ou en alliage métallique, permet tant de protéger ledit capteur de contact 2 contre les agressions de Iwhumidi- té ou des produits chimiques, ce qui permet lEutiiisation de ce capteur de cor; tact 2 dans les environnements agressifs. II découle de la structure du feutre 7 conforme à l'invention que, lors d'un choc entre un objet quelconque et le détecteur de contact 2, les fibres dudit feutre 7, qui se trouvent préalablement dans un état non comprimé, subissent une compression. Cette pression provoque localement une vibration mécanique des fibres, ce qui a pour effet de modifier la structure du feutre en mettant ou en suspendant le contact électrique entre les fibres. II en ré sulte une variation aléatoire de la résistivité électrique du feutre 7, ce qui se traduit par un bruit électrique aléatoire (dont le spectre correspond à un bruit rose) qui se propage sur la surface du feutre 7, puis le long des élec trodes 11 et 12 qui l'amènent vers le circuit de traitement 3, où s'opère une détection en tout ou rien. Bien évidemment, au niveau du circuit de traitement 3, une forte amplification des composantes haute fréquence du bruit rose permet dé dissocier les vibrations dues au choc, de celles créées par les perturbations de l'environnement (50 Herz du secteur, vibrations mécaniques, etc...). On se réfère à la figure 3. Le feutre 7 étant polarisé entre une alimentation électrique 17 et la masse 13, il se comporte au moment d'un choc comme une résistance électrique variant aléatoirement, ce qui se traduit par la présence d'une tension électrique aléatoire qui est prélevée au niveau de l'électrode 11. Cette tension électrique aléatoirement variable est ensuite traitée par le circuit électronique 3 associé au feutre 7, et qui se décompose en plusieurs sous-ensembles. Ainsi, le bruit électrique prélevé par l'électrode 11 sur le feutre 7 est d'abord filtré par un filtre 18 privilégiant les hautes fréquences, de manière à supprimer l'influence des bruits parasites qui ne sont pas créés par un choc sur le feutre 7. Puis le signal ainsi filtré est successivement mis en forme par un écréteur 19, un intégrateur 20 et un "trigger" 21 qui délivrent un signal en tout ou rien, et dont l'un des états correspond à l'absence de choc, I'autre état correspondant à la signalisation d'un choc sur le feutre 7. A titre complémentaire, il peut être judicieux de mémoriser la détection d'un choc par l'intermédiaire d'un circuit de mémorisation 22 adapté et constitué le plus simplement par une bascule. Par ailleurs, le signal délivré par le trigger 21 permet d'attaquer un circuit de commande 24 délivrant un signal utile à la machine protégée. Ce signal utile peut notamment être constitué par une commande arrêtant la machine lors de l'occurence d'un choc. Mais de manière plus générale, le signal utile délivré par le circuit de commande 24 pourra déclencher un processus d'urgence quelconque, en rapport avec des risques encourus par le personnel et la machine lors d'un choc sur le feutre 7. Le circuit de traitement 3 sera également pourvu, selon une réalisation préférentielle, d'un sous-ensemble de tests 23 permettant de simuler l'apparition d'un choc contre le feutre 7, afin de vérifier le bon fonctionnement de l'ensemble de la charte de transmission de l'information. II est à noter que, compte tenu des caractéristiques du dispositif de détection selon l'invention décrites précédemment, le contact entre une partie de machine revêtue d'un feutre 7 et un objet quelconque est perçu comme un ordre donné à la machine dangereuse, soit de s'arrêter immédiatement, soit de réagir selon une procédure d'urgence prédéterminée, et ceci quel que soit l'origine du choc ou du contact qui s'est produit. Il en découle que ce dispositif de détection peut tout aussi bien servir comme un simple interrupteur réagissant suite à un choc volontaire provoqué par un opérateur, ou comme un dispositif de sécurité proprement dit. Ce dispositif de sécurité à détecteur de contact possède plusieurs avantages par rapport aux dispositifs existants, et notamment il permet d'éviter la présence des zones mortes sur la surface des éléments à protéger, puisque le feutre 7 peut être réalisé de manière suffisamment souple pour être adapté à n'importe quelle surface. En outre, comme le feutre 7 est fixé directement sur les pièces mobiles, ce dispositif de sécurité permet de suivre les mouvements de la machine et par suite, il permet également de protéger l'une de l'autre, plusieurs machines travaillant conjointement dans un espace réduit. Par ailleurs, du fait de la structure particulière du feutre 7 décrit, ce dispositif de sécurité possède une très bonne sensibilité de détection des chocs et des contacts, et cette sensibilité est homogène sur toute la surface du feutre puisque tout bruit électrique créé à un endroit de celui-ci est fidèlement véhiculé vers les circuits de traitement électroniques par des lignes de courant. Enfin, il est utile de préciser que le champ d'application de ce dispositif de sécurité à détecteur de contact n'est nullement limité au domaine de la robotique, mais trouve son application dans toutes les formes de détection d'objets par contact. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux, de composants ou une combinaison de ces divers éléments, sans pour autant s'éloigner du cadre et de l'esprit de la présente invention. Revendications 1. Dispositif de sécurité à détecteur de contact, composé d'un capteur de contact électro-mécanique et d'une unité de traitement électronique de l'infior- mation issue du capteur de contact, dispositif caractérisé par le fait que ledit capteur de contact (2) se compose d'un tapis de feutre (7) souple et conducteur de l'électricité, alimenté par une tension électrique continue, et connecté à ladite unité de traitement électronique (3), par l'intermédiaire d'électrodes (11, 12) espacées, solidaires du feutre (7). 2. Dispositif de sécurité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites électrodes (11, 12) sont fixées sur le feutre (7) par l'intermédiaire d'une colle conductrice. 3. Dispositif de sécurité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le feutre (7) est solidaire d'un coussin amortisseur (14), notamment en mousse. 4. Dispositif de sécurité selon les revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que le feutre (7) et le coussin amortisseur ( du capteur de contact (2) sont entourés d'une enveloppe protectrice (15) en métal ou en matière plastique. 5. Dispositif de sécurité selon la revendication lui, caractérisé par le fait que le feutre (7) est en Fibres de carbones cardes ou aiguilletées. 6. Dispositif de sécurité selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le feutre (7) est en fibres métalliques inoxydables. 7. Dispositif de sécurité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que 'e feutre (7) est un mélange c fibres synthétiques non conductrices et de fibres metalliques inoxydables. 8. Dispositif de sécurité seien la revendication la , caractérisé par le fait que le feutre f 7) est un mélange de fibres synthétiques nen conductrices et de fibres de carbone. 9. Dispositif de sécurisé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le feutre (7) est constitué par des fibres de quelques dizaines à quelques centaines de micromètres de diamètre, et de quelques millimètres à quelques centimètres cie longueur. 10. Dispositif de sécurité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le feutre (7) possède une épaisseur de quelques millimètres à quelques centimètres.