Brevet FR2586883A1 — publié le 19870306

l L'invention se rapporte à un procédé et à un dispositif d'alimentation électrique d'un transducteur générateur de vibrations tant sonores qu'ultrasonores. Afin que le transducteur se comporte comme une charge résistive pure, n'induisant aucun déphasage entre tension et courant, et non comme une charge plus selfique ou capacitive, on sait que la fréquence de l'alimentation doit être adaptée à la fréquence de résonance de la ligne acoustique constituant la charge du transducteur tel un outil. En fait, deux fréquences de résonance sont présentes: une fréquence de résonance série et une fréquence de résonance parallèle dite d'antirésonance. Malheureusement, ces fréquences ne sont pas fixes mais varient en fonction de la puissance d'alimentation, de la charge et d'influences extérieures telles la dérive en température, l'arrosage,... L'examen des courbes d'impédance en fonction de la fréquence montre que ces variations se traduisent par des modifications moins rapides et moins importantes au niveau de la fréquence de résonance série qu'à celui de la fréquence de résonance parallèle. De ce fait, les besoins de réglage du dispositif d'alimentation pour accorder les fréquences sont moindres pour un transducteur fonctionnant à la fréquence de résonance série qu'à la fréquence de résonance parallèle. Par ailleurs, à la fréquence de résonance série, le courant est élevé et de ce fait le courant et la tension d'alimentation du transducteur peuvent, en vue d'en contrôler le déphasage, être aisément mesurés, tandis qu'à la fréquence de résonance parallèle, le courant est très faible et les mesures subissent l'influence de nombreux parasites. C'est Dourquoi, étant donné leur application notamment à la soudure et au lavage, soit à des tâches ne nécessitant qu'une utilisation intermittante et à faible puissance, les dispositifs connus à ce jour fonctionnent à la fréquence de résonance série. Ainsi, non seulement compte-tenu des conditions de travail la variation de fréquence est elle faible, mais en outre compte-tenu du réglage sur cette fréquence a-t-elle une influence plus limitée sur le fonctionnement. Dans ces conditions pour asservir le dispositif d'alimentation, il suffit (FR-A-2.536.311) de réaliser une boucle de verrouillage de phase et dans celle-ci de mesurer le courant et la tension d'alimentation afin de détecter toute éventuelle différence significative de phase en plus ou en moins pour générer une tension intégrant cette différence puis, avec cette tension de commander l'oscillateur d'alimentation pour parvenir à une correction suffisante puisqu'entretemps la fréquence n'a pratiquement pas eu le temps de changer. Les possibilités de réglage sont toutefois limitées par les limites de tension que la boucle peut fournir et de ce fait le dispositif est réservé à des applications spécifiques. Ce dispositif d'alimentation n'est par contre pas du tout adaptable lorsque le transducteur doit travailler d'une part à grande puissance, d'o des variations inégales en rapidité et en importance de la fréquence de résonance, mais aussi, d'autre part, de manière durable sinon continue, d'o notamment résultent un échauffement et une usure de la sonotrode induisant également des variations rapides et importantes de la fréquence de résonance. En effet, vu les modifications rapides et importantes des conditions de travail, même avec la tolérance offerte par le fonctionnement en fréquence de résonance série, la réaction de la boucle de verrouillage de phase ne serait pas suffisamment rapide pour qu'au moment o le réglage est obtenu, il convienne encore aux nouvelles conditions idéales de fonctionnement du transducteur. De plus vu leur importance, les changements vers l'autre fréquence de résonance peuvent dépasser l'écart de fréquence entre les fréquences de résonance série et de résonance parallèle, lequel écart n'est que de quelques dizaines de hertz, et parvenir dans une zone de fréquence o 1 'on a un déphasage et signe de déphasage semblable à celui d'un changement dans l'autre sens, ce qui pourrait conduire à imposer une correction opposée à celle nécessaire. Par ailleurs, si au niveau de la fréquence de résonance série, les modifications de fréquence se traduisent sur les courbes d'impédance en fonction de la fréquence par des modifications qui sont moindres qu'au niveau de la fréquence de résonance parallèle, c'est aussi à ce niveau de la fréquence de résonance série que la puissance en charge, donc disponible pour le travail à réaliser, est plus faible qu'au repos o elle tend à provoquer un échauffement inutile du transducteur. Un résultat que l'invention vise à obtenir est un procédé et un dispositif d'alimentation électrique d'un transducteur avec lesquels l'accord sur la fréquence de résonance suit les modifications mêmes rapides et importantes de cette fréquence. Est aussi un résultat que l'invention vise à obtenir, un procédé et un dispositif intelligent qui tout en suivant les modifications mêmes rapides et importantes de la fréquence de résonance, n'en tiendrait pas compte au delà d'une certaine limite fixée au préalable. Un autre résultat que l'invention vise à obtenir est un tel procédé et un tel dispositif avec lesquels l'accord est suffisamment précis pour se faire sur la fréquence de résonance parallèle o la puissance en charge est plus forte qu'au repos et o, de ce fait, le maximum de puissance est fourni au moment utile au travail d'o un rendement optimal. Est également un résultat un tel procédé et un tel dispositif qui permettent des utilisations demandant des fréquences et puissances différentes et par exemple tant pour des tâches demandant une grande puissance telles l'usinage et l'assistance à l'électro-érosion, au polissage électrochimique, à l'extrusion, que pour des taches classiques telles le soudage et le lavage. A cet effet, elle a pour objet un procédé du type précité notamment caractérisé en ce que, en ne tenant compte que de l'existence d'un déphasage demandant correction, quelqu'en soit la valeur et que du sens de ce déphasage, on commande la modification progressive de la fréquence dans le sens exigé par le sens de la différence de phase jusqu'à survenance d'une des deux situations que sont soit la disparition de la différence de phases demandant correction, soit l'arrivée à la limite préalablement fixée à la plage des fréquences balayées depuis la fréquence de départ du balayage. Elle a également pour objet le dispositif d'alimentation mettant en oeuvre ce procédé. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin ciannexe qui représente schématiquement: Figure 1: le dispositif d'alimentation et le transducteur, Figure 2: des courbes d'impédance en fonction de la fréquence, l'une au repos A, l'autre en charge B, frs et fr P désignant respectivement la résonance série et parallèle. En se reportant au dessin figure 1, on voit que sur le circuit principal 1 d'alimentation électrique du transducteur 2, sont prévus, de manière connue, des moyens d'échantillonage continu 3 prélevant le courant i et la tension u au niveau du transducteur. Ces moyens 3 sont reliés, par des lignes 4, 5, à l'entrée d'un filtre 6 chargé de retrouver le signal fondamental avant de l'adresser par un circuit 7, à un moyen de mise en forme 8 qui l'analyse pour en extraire deux informations, l'une sur le déphasage Df et l'autre sur le sens de déphasage Sf entre u et i. Ces informations sur le déphasage Df et sens Sf du déphasage sont par des lignes 9, 10 envoyées à un générateur 11 de signaux 12 qui, par une ligne 13, sont successivement amenés à l'adaptateur 14, en fonction de chaque signal 12, de la fréquence de l'alimentation électrique du transducteur 2, en sortie duquel adaptateur, il est relié par le circuit principal 1. Le circuit d'entrée 15 de l'adaptateur 14 est quant à lui relié au secteur 16 par un organe approprié 17 tel un redresseur et éventuellement un autotransformateur. Lorsqu'à la fréquence à laquelle fonctionne le transducteur le déphasage est nul ou considéré tel, on ne modifie évidemment pas la fréquence correspondante. Lorsqu'il n'est pas nul, au lieu de détecter la valeur réelle et le sens de la différence de phase mesurée entre u et i, puis de générer une seule tension qui est fonction de cette valeur réelle et de ce sens et, avec cette seule tension, d'adapter la fréquence de sortie d'un oscillateur, selon une caractéristique essentielle du procédé selon l'invention, en ne tenant compte que de l'existence d'un déphasage demandant correction, quelqu'en soit la valeur, et que du sens de ce déphasage on commande la modification progressive de la fréquence dans le sens exigé par le sens de la différence de phase jusqu'à survenance d'une des deux situations que sont soit la disparition de la différence de phases demandant correction, soit l'arrivée à la limite préalablement fixée à la plage des fréquences balayées depuis la fréquence de départ du balayage. Lorsque le déphasage est nul ou considéré comme tel, il est possible de savoir de quelle fréquence de résonance il s'agit par l'analyse de l'intensité du courant I. A l'aide des moyens 3, on peut recommander un balayage en fréquence s'il ne s'agit pas de la fréquence de résonance à laquelle on veut travailler. Pour éviter des modifications trop hâtives, bien entendu on peut admettre une tolérance de déphasage dans laquelle ce déphasage est considéré comme nul donc ne pas ou ne plus demander correction. On peut également admettre ue variation de déphasage plus importante mais limitée dans le temps pour laquelle la correction n'est pas ou plus demandée. En fonction des facteurs exposés au préambule, les modifications de la position de la fréquence de résonance choisie ont bien entendu des limites qui ne peuvent être franchies qu'en cas de fonctionnement anormal tel que incident d'usinage, rupture d'outil... Dans une variante du procédé selon l'invention, on interrrompt le balayage en fréquence à au moins l'une de ces limites de fonctionnement normal et, éventuellement après au moins une nouvelle tentative, on émet un signal de défaut tel une alarme visuelle ou sonore et/ou une commande d'arrêt de l'installation. La position et l'importance de la plage de balayage, la tolérance de déphasage et les limites de fonctionnement normal sont déterminées et repérées avant usinage par une analyse à faible puissance du comportement global de la charge et en fonction de la fréquence de résonance à laquelle on veut travailler. Dans le cas d'une charge fortement amortie comme par exemple en cas de présence d'eau, le transducteur peut perdre son aptitude à résonner dans la plage initiale de fréquence, et dans cette situation le dispositif peut ne pas trouver la fréquence d'accord malgré un balayage pendant lequel le déphasage a varié par exemple entre moins 90 et moins 20 soit de 70 mais donc sans passer par zéro dégré, c'est-à-dire par la fréquence d'accord. Dans ce cas, par exemple par influence du moyen de mise en forme 8 voire du générateur 11, on créé entre u et i un déphasage fictif Cf par exemple de plus 30 et à faible puissance on effectue un deuxième balayage qui, en reprenant l'exemple ci-dessus et du fait du déphasage fictif, va conduire à un déphasage de moins 60 à plus 10 qui passera donc par 0 , c'est-à-dire par la fréquence d'accord. Dans le cas pris en dehors de cet exemple o l'accord ne serait pas trouvé, on peut évidemment créer un déphasage fictif plus fort et recommencer un ler balayage. Lorsque l'accord est trouvé, on augmente la puissance progressivement de manière que le dispositif maintienne l'acord puis on supprime le déphasage fictif, ce qui crée un déphasage réel, de sens opposé et de même valeur, mais le dispositif le détecte et commande aussitôt un balayage au cours duquel l'accord est rattrapé. Selon une caractéristique du procédé selon l'invention, on règle le dispositif de manière à ce que le transducteur fonctionne à la fréquence de résonance parallèle afin de bénéficier du rendement optimum. Ce processus assure en particulier: - le fonctionnement entièrement automatique du dispositif pour une tâche donnée, - le suivi intelligent de la fréquence de travail par la connaissance de modificatons de cette fréquence limitées en importance et en rapidité au delà desquelles un balayage n'est pas commandé, - l'adaptabilité du dispositif à l'ensemble des utilisations des ultrasons de puissance. Il permet par ailleurs d'envisager des extensions au dispositif tels: - le dialogue avec une machine-outil, - les mesures de vibrations, de profondeur d'usinage, d'usure. Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, on pilote le dispositif au moyen d'une carte à processeur Il offrant un choix de programmes adapté à chaque tâche. A cet effet, en vue de la mise en oeuvre de ce procédé, le dispositif d'alimentation comprend des moyens qui, en ne tenant compte que de l'existence d'un déphasage demandant correction, quelqu'en soit la valeur, et que du sens de ce déphasage, commandent la modification progressive de la fréquence dans le sens exigé par le sens de la différence de phase jusqu'à survenance d'une des deux situations que sont soit la disparition de la différence de phases demandant correction, soit l'arrivée à la limite préalablement fixée à la plage des fréquences balayées depuis la fréquence de départ du balayage. Le générateur ll de signaux 12 est avantageusement constitué d'une carte à processeur il. Quant à l'adaptateur 14, il s'agit avantageusement d'un ou plusieurs onduleurs de puissance 19 dont les interrupteurs sont commandés séquentiellement par une carte 20, en fonction de la synthèse du signal 12 reçu à son entrée, lequel signal dit fréquence principale est de préférence de nature numérique. Le dispositif comprend en outre des moyens 11, 21 de régulation en puissance, tels la carte à processeur 11, agissant par intervention soit sur l'onduleur 19, soit sur l'organe 17 par lequel celui-ci est relié au secteur 16 si au lieu d'un redresseur il s'agit d'un autotransformateur variable. Entre cet organe 17 et l'adaptateur 14 est intercalé un disjoncteur 22 et éventuellement un dispositif d'antiparasitage 23 tel un circuit intégrateur. Ce disjoncteur 22 peut -être commandé de plusieur points et par exemple depuis un contrôleur à cadre (voltmètre, ampéremétre), une consigne, la carte à processeur, le signal de défaut. En plus de cette disjonction, les onduleurs possèdent de préférence un limiteur 24 lui assurant une protection individuelle plus rapide. Ainsi réalisé, l'ensemble du dispositif est surveillé et contrôlé par la carte à processeur qui fournit la fréquence principale 12, la commande 21 de réglage de puissance et de disjonction 25, l'affichage 26 des tâches réalisées et des causes d'arrêt. REVENDICATIONS 1. Procédé d'alimentation électrique d'un transducteur générateur de vibrations tant sonores qu'ultrasonores, lequel transducteur comprend un circuit principal (1): - d'une part, assurant son alimentation via un adaptateur de fréquence (14) lui même relié au secteur (16) par un organe approprié (17) tel un redresseur ou un autotransformateur et, - d'autre part, pourvu de moyens d'échantillonage continu (3) prélevant le courant i et la tension u au niveau du transducteur, lesquels moyens (3) sont reliés par des lignes (4, ) à l'entrée d'un filtre (6) chargé de retrouver le signal fondamental avant de l'adresser par un circuit (7) à un moyen de mise en forme (8) qui l'analyse pour en extraire deux informations, l'une sur le déphasage Df et l'autre sur le sens de ce déphasage Sf entre u et i, lequel moyen de mise en forme 8 envoie par des lignes 9, 10, ces informations à un générateur 11 de signaux 12 qui, par une ligne 13, sont successivement amenés à un adaptateur 14 qui, en fonction de chaque signal 12, adapte la fréquence de l'alimentation électrique du transducteur 2, ce procédé étant CARACTERISE en ce que, lorsque le déphasage n'est pas nul, en ne tenant compte que de l'existence d'un déphasage demandant correction, quelqu'en soit la valeur, et que du sens de ce déphasage, on commande la modification progressive de la fréquence dans le sens exigé par le sens de la différence de phase jusqu'à survenance d'une des deux situations que sont soit la disparition de la différence de phases demandant correction, soit l'arrivée à la limite préalablement fixée à la plage des fréquences balayées depuis la fréquence de départ du balayage. 2. Procédé selon la revendication 1 CARACTERISE en ce que, pour éviter des modifications trop hâtives, on admet une tolérance de déphasage dans laquelle ce déphasage est considéré nul donc ne pas ou ne plus demander correction. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 CARACTERISE en ce que pour éviter des modifications trop hâtives, on admemt des variations plus importantes mais limitées dans le temps pour lesquelles la correction n'est pas ou plus demandée. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3, en vue de l'alimentation -électrique d'un transducteur dont en fonction des facteurs exposés au préambule, les modifications de la position de la fréquence de résonance choisie ont bien entendu des limites qui ne peuvent être franchies qu'en cas de fonctionnement anormal tel que incident d'usinage, rupture d'outil, ce procédé étant CARACTERISE en ce qu'on interrompt le balayage en fréquence à au moins l'une de ces limites de fonctionnement normal et, éventuellement après une nouvelle tentative, on émet un signal de défaut. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 CARACTERISE en ce que, en cas de difficultés à trouver la fréquence d'accord, on crée un déphasage fictif et à faible puissance, on effectue un nouveau balayage en fréquence qui du fait du déphasage fictif se situera dans une plage de fréquences décalée par rapport à la plage normale et en ce que, lorsque l'accord est trouvé, on augmente la puissance progressivement de manière que le dispositif maintienne l'accord puis on supprime le déphasage fictif, ce qui crée un déphasage réel, de sens opposé et de même valeur qu'on détecte et on commande aussitôt un balayage au cours duquel l'accord est rattrapé. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 CARACTERISE en ce qu'on règle le dispositif de manière à ce que le transducteur fonctionne à la fréquence de résonance parallèle. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 CARACTERISE en ce qu'on pilote le dispositif au moyen d'une carte à processeur (11). 8. Dispositif d'alimentation électrique d'un transducteur générateur de vibrations ultrasonores, lequel transducteur comprend un circuit principal (1): - d'une part assurant son alimentation via un adaptateur de fréquence lui même relié au secteur (16) par un organe approprié (17) tel un redresseur ou un autotransformateur et, - d'autre part, pourvu de moyens d'échantillonage continu (3) prélevant le courant i et la tension u, lesquels moyens (3) sont reliés, par des lignes 4, 5, à l'entrée d'un filtre (6) chargé de retrouver le signal fondamental avant de l'adresser, par un circuit (7), à un moyen de mise en forme (8) qui l'analyse pour en extraire deux informations, l'une sur le déphasage Df et 0l l'autre sur le sens de déphasage Sf entre u et i, par des lignes 9, 10, lequel moyen de mise en forme 8 envoie ces informations à un générateur ll de signaux 12 qui, par une ligne 13, sont successivement amenés à un adaptateur 14 qui, en fonction de chaque signal 12, adapte la fréquence de l'alimentation électrique du transducteur 2, ce dispositif étant CARACTERISE en ce qu'il comprend des moyens qui, en ne tenant compte que de l'existence d1un déphasage demandant correction, quelqu'en soit la valeur, et que du sens de ce déphasage, commandent la modification progressive de la fréquence dans le sens exigé par le sens de la différence de phase jusqu'à survenance d'une des deux situations que sont soit la disparition de la différence de phases demandant corrections soit l'arrivée à la limite préalablement fixée à la plage des fréquences balayées depuis la fréquence de départ du balayage. 9. Dispositif selon la revendication 8 CARACTERISE en ce que le générateur ll de signaux 12 est constitué d'une carte à processeur ll. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9 CARACTERISE en ce que l'adaptateur 14 consiste en un onduleur de puissance (19)dont les interrupteurs sont commandés séquentiellement par une carte 20, en fonction de la synthèse du signal 12 reçu à son entrée du générateur (ll) de signaux (12), lesquels signaux dits fréquence principale, sont de préférence de nature numérique.