Brevet FR2602169A1 — publié le 19880205

Machine pneumatique Portative avec électronique de commande incorporée La présente invention concerne des machines 5 pneumatiques portatives du type comportant un corps muni d'un conduit d'amenée d'air comprimé, des moyens moteurs rotatifs pneumatiques (turbine ou moteur à palette par exemple) placés dans le corps, actionnés par le flux d'air comprimé et destinés -à entraîner en rotation un 10 outil, un dispositif de régulation ou de coupure du flux d'air alimentant la machine et un générateur électrique comprenant un rotor et un stator installés dans le corps. Le rotor est apte à être entraîné mécaniquement en rotation par les moyens moteurs et permet la création 15 d'énergie électrique à partir de l'énergie pneumatique motrice de l'outil. L'invention trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans le cas particulier des visseuses, perceuses, taraudeuses, 20 et meuleuses pneumatiques portatives. On connait déjà des machines pneumatiques du type ci-dessus défini. Le document FR-A-2 523 891 concernant une machine pneumatique rotative à éclairage incorporé, montre une machine comportant un organe 25 rotatif entraîné en rotation par un mécanisme enfermé dans un carter et mû par de l'air comprimé. Le carter, muni à cet effet de moyens de connexion à une source d'air comprimé, comporte un générateur électrique à rotor et stator, dont le rotor est entraîné par l'air 30 comprimé alimentant le mécanisme de la machine. Ce rotor est enfermé dans un boîtier solidarisable du carter. Le générateur alimente des moyens d'éclairage portés par le boitier et qui permettent à la machine de travailler dans des endroits d'accès difficile, o l'emploi d'une 35 lampe baladeuse est impossible. Cette machine ne présente néanmoins qu'un intérêt limité. La présente invention vise à fournir une machine pneumatique portative répondant mieux que celles antérieurement connues aux exigences de la pratique, notamment en ce qu' elle permet: - Une commande et un contrôle des paramètres du fonctionnement de la machine qui ne nécessitent pas d'alimenter celle-ci par une énergie autre que celle fournie par l'air comprimé moteur; On évite ainsi l'encombrement de fils supplémentaires qui risquent de -10 plus de se sectionner avec les éventuels problèmes de sécurité que cela peut poser; - Une commande et un contrôle de la machine, peu coûteux, n'augmentant pas sensiblement l'encombrement de cette dernière, qui reste ainsi très maniable; - La réalisation d'un grand nombre de fonctions jusqu'àlors peu exploitées par les constructeurs du fait des difficultés rencontrées dans leur mise en oeuvre. Les systèmes intégrés mécaniques, tels que limiteurs de couple, régulateur de pression et de vitesse, sont en 20 effet complexes et ont des performances et des possibilités limitées. La machine pneumatique portative selon l'invention va notamment permettre une mesure et une régulation de la vitesse de rotation de l'outil, le serrage par l'outil à un couple et un angle prédéterminé 25 et de nombreuses autres fonctions comme il sera décrit plus loin, sans nécessiter d'armoire électrique extérieure d'encombrement et de coût élevé. Dans ce but l'invention propose notamment une machine pneumatique portative du type ci-dessus défini, 30 caractérisée en ce qu'elle comporte de plus: - un circuit électronique de commande et de contrôle du fonctionnement de la machine pneumatique incorporé au corps de ladite machine et alimenté en courant délivré par le générateur électrique, - et en ce que ledit générateur est agencé pour délivrer également des signaux représentatifs d'au moins un paramètre de fonctionnement de la machine utilisable et utilisé par ledit circuit. Un mode de réalisation avantageux de la machine comporte un générateur électrique qui fournit un signal 5 représentatif de la vitesse de rotation des moyens moteurs. Le circuit électronique de commande et de contrôle de la machine a des moyens de sélection d'une valeur de consigne de cette vitesse et des moyens de maintien de ladite vitesse à cette valeur de consigne. 10 Une application de ce mode de réalisation particulièrement interessante peut être faite aux meuleuses, ponçeuses et autres machines dont la vitesse de rotation est fonction de la pression exercée par l'opérateur sur le support à usiner. Un autre dispositif avantageux présente une machine pneumatique dont le générateur électrique délivre un signal représentatif de la position angulaire des moyens moteurs rotatifs et de l'outil. Le circuit électronique de commande et de contrôle de la machine 20 comprend des moyens de sélection d'une valeur de consigne de la position angulaire et des moyens d'arrêt des moyens moteurs lorsque l'outil atteint cette valeur. Cette disposition permet le vissage d'une vis sur un support d'élasticité variable. Une approche approximative permet de mettre en contact le support et la vis, cette dernière étant ensuite tournée d'un angle prédéterminé. Une autre machine pneumatique selon l'invention est caractérisée en ce que le dispositif de coupure 30 d'air alimentant la machine est intégré au corps de ladite machine et comprend des moyens aptes à transmettre un signal représentatif du couple exercé par les moyens moteurs rotatifs au circuit électronique de commande et de contrôle. Le circuit électronique 35 comprend des moyens de sélection d'une valeur de consigne à un couple maximum de l'arbre de sortie de la machine. Lorsque le couple a atteint la valeur de consigne, l'air est coupé. Dans un mode de réalisation avantageux, les moyens aptes à transmettre un signal représentatif du 5 couple exercé par les moyens moteurs rotatifs comprennent une pièce déformable propre à immobiliser en rotation les moyens moteurs et supportant au moins un capteur. Ce dernier peut être du type jauge de contrainte, ou encore du type capteur de pression 10 piezo-électrique ou autre. On peut, par ailleurs, avoir recours à l'une des dispositions suivantes des moyens de stockage de l'énergie électrique délivré par le générateur, telle qu'une batterie 15 d'accumulateurs, du type cadmium nickel par exemple, sont intégrés au corps de la machine; - au moins un écran d'affichage permettant de visualiser les paramètres de fonctionnement et/ou de consigne de ladite machine est fixé sur le corps; - le circuit électronique de contrôle et de commande est programmable. - des moyens de mémorisation des paramètres de fonctionnement de la machine sont connectés au circuit électronique de contrôle commande. Ils sont portés par 25 le corps de la machine et peuvent être désolidarisables du corps, ce qui permet d'exploiter les résultats sans immobiliser pour autant la machine. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de 30 réalisation donné à titre d'exemple non limitatif. La description, ainsi que celle d'une variante préférée, se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels: La figure 1 est une vue en perspective partiellement en coupe, d'une machine selon l'invention, 35 servant au vissage et permettant un contrôle du couple de serrage et de la position angulaire de l'outil; - La figure 2 est une vue en perspective, partiellement en coupe, d'une variante préférée de l'invention permettant par exemple le meulage avec régulation de la vitesse; - La figure 3 est un bloc diagramme du circuit de contrôle et de commande de la machine pneumatique portative selon l'invention. La figure 1 montre une visseuse à main avec contrôles incorporés du couple de sortie de la machine 10 et de l'angle de serrage de l'outil adaptable à la broche de la visseuse réalisée selon l'invention. Elle comporte un corps 1 qui peut être en plastique dur ou métal ou tout autre matériau adéquat. Un conduit 2 d'amenée d'air comprimé permet d'alimenter la machine et 15 d'entraîner en rotation une moteur à palette 3. Ce moteur à palette 3 entraîne par l'intermédiaire d'un réducteur 4 et d'un renvoi d'angle 5, l'outil (non représenté). Le réducteur est, par exemple, du type épicycloidal. L'ensemble moto-réducteur 3, 4, est monté libre en rotation dans le corps 1 tenu manuellement par un opérateur. Un générateur électrique 6 comprenant un rotor 7 et un stator 8 est rendu solidaire de l'axe 9 du moteur à palette 3 propre à entraîner mécaniquement en 25 rotation le rotor 7. Un dispositif de coupure d'air 10 comprend un clapet de fermeture 11, un électro-aimant 12 apte à être actionné par un circuit électronique 13 de commande et de contrôle du fonctionnement de la machine pneumatique. Le circuit 13 est incorporé au 30 corps 1 et alimenté en courant délivré par le générateur électrique 6. Ce dernier est agencé pour délivrer des signaux représentatifs d'au moins un paramètre de fonctionnement utilisable par le circuit 13. Une commande manuelle 12 (représentée sous forme d'un bouton 35 poussoir dans la figure 1) permet d'ouvrir une vanne d'alimentation 61 en air comprimé, placée avant le clapet 11, sur l'arrivée d'air 2. Cette commande peut également et par exemple, se présenter sous forme d'un levier. Dans une variante, le clapet 11 est fermé en 5 position de repos et la commande manuelle 12 assurera son ouverture sans vanne d'alimentation 61 supplémentaire. La figure 3 montre un bloc diagramme de commande et de contrôle d'un circuit électronique 13 selon 10 l'invention, alimenté par le générateur électrique incorporé. On a fait figurer par des blocs en trait plein les éléments du circuit électronique de base, utilisés par une machine pneumatique selon l'invention, en double trait plein les éléments externes au circuit, 15 et en pointillé les éléments de contrôle commande supplémentaires du circuit électronique propres à une utilisation spécifique. Les blocs sont reliés entre eux par des traits pleins ou pointillés figurant schématiquement les liaisons électriques principales. Cette 20 représentation graphique schématique ne présume en.rien du nombre de conducteurs nécessaires pour véhiculer la puissance ou les informations électriques nécessaires au fonctionnement du dispositif. Par ailleurs, d'autres liaisons sont tout à fait possibles, permettant par 25 exemple de by passer certains éléments comme la batterie d'accumulateurs. Ces variantes sont faciles à concevoir et ne seront pas développées plus précisément. Les éléments figurant dans ce bloc diagramme sont réalisés à l'aide de composants électroniques 30 connus en soi, discrets ou sous forme de circuits intégrés. Ils ne nécessitent donc pas d'explications particulières. Le générateur électrique 20 alimente un redresseur de tension 23 et délivre également direc35 tement des signaux représentatifs des paramètres de fonctionnement de la machine par l'intermédiaire d'un digitaliseur de tension 21 et d'un compteur d'impulsions 22. Le redresseur de tension 23 est connecté à une batterie 24 d'accumulateurs intégrés au corps 1 de la machine, placée par exemple à proximité du conduit 2 d'amenée d'air comprimé de la machine (voir fig.1). La batterie 24 permet par l'intermédiaire de moyens d'alimentation stabilisée 25, de fournir de l'électricité à des capteurs d'ef.fort 26. Ceux-ci peuvent être des jauges de contrainte, ou encore des 10 capteurs de pression du type piezoélectrique ou autre. Ces capteurs sont fixés sur une pièce support 15 déformable, propre à immobiliser en rotation le moteur à palette 3 et son réducteur 4 associé. Ils sont raccordés au circuit électronique de commande et de contrôle du 15 fonctionnement de la machine et sont aptes à fournir un signal représentatif du couple exercé par la turbine 3 sur la pièce déformable via un amplificateur de tension 27. Cet amplificateur 27 de tension alimente des 20 moyens de visualisation 28 du couple. Par l'intermédiaire d'un calculateur 29 ou d'un détecteur de seuil 30, l'amplificateur 27 attaque 1' électro-aimant 13 permettant d'ouvrir ou de fermer le clapet 11. Le détecteur de seuil 30, connecté à des moyens 31 25 fournissant une valeur de consigne règlable (potentiomètre, clavier, ou tous moyens permettant d'introduire une donnée externe) et qui peuvent être raccordés à des moyens de visualisation 32 de la valeur de consigne, permet, en comparant avec l'information provenant de 30 l'amplificateur de tension 27, de donner une instruction de commande à l'électro-aimant 13. Ainsi, lorsque le capteur d'effort indique une valeur égale à la consigne du système asservi, une instruction de commande est donnée. Dans le cas d'une 35 machine dont on veut limiter à une valeur maximum le couple appliqué à la broche de travail 16, il s'agit de - 2602169 la fermeture de l'arrivée d'air comprimé. Mais d'autres cas sont possibles, notamment lorsqu'on veut pratiquer un arrêt de l'outil dans une position angulaire déterminée à partir d'un précouple de 5 serrage. Auquel cas l'instruction de commande attaque alors un circuit de temporisation (non représenté). Dans une variante avantageuse de la machine selon l'invention, des moyens 60 de mémorisation des paramètres de fonctionnement sont connectés au circuit électronique, 10 par exemple au digitalisateur 21, à l'amplificateur de tension 27 et/ou au calculateur 29. Ces moyens, portés par le corps de la machine peuvent être inclus dans un boîtier désolidarisable du corps. La figure 2 montre une meuleuse à régulation de 15 vitesse électronique selon l'invention. Elle comprend un corps 40, un raccord d'alimentation41 en air comprimé qui peut par exemple être du type raccord rapide et. une commande manuelle 42 représentée sur la figure sous forme d'un levier, mais qui peut être un bouton, ou tout 20 autre moyen connu. Une vanne pneumatique 43, munie d'une vis pointeau 44 commandée par un micro-moteur 51 alimenté par la génératrice électrique, permet de contrôler le débit d'alimentation en air comprimé du moteur à palette 45 qui entraîne la rotation de la 25 broche 46 sur laquelle vient se fixer l'outil (non représenté). Le fonctionnement de cet électrovanne est commandé par l'intermédiaire du circuit électronique 47 du type comprenant au moins une partie des éléments de 30 la figure 3. Les informations sur la rotation de la broche 46 sont données à l'électronique à partir-de la sortie du générateur électrique 20. Le digitaliseur de tension 21, permet de fournir un signal représentatif de la vitesse de rotation de la broche en cours de fonc35 tionnement à des moyens d'affichage de la vitesse 33. Une horloge 34, alimentée ou non par la génératrice, et le compteur d'impulsions 22 branché à la sortie du générateur 20 sont connectés à des moyens 35 de maintien à une valeur de consigne de régulation de la vitesse et sont aptes à agir sur la vanne 43 pour moduler l'arrivée 5 d'air. La vitesse de la machine peut alors être modifiée dans un sens déterminé, après. comparaison de la vitesse mesurée à une vitesse de référence donnée en consigne à l'électronique. Le compteur d'impulsion 22 permet également de 10 délivrer des signaux représentatifs des angles de rotation de la broche de sortie. Par l'intermédiaire du calculateur 29 il attaque l'électro-aimant 13. Ce calculateur 29 est relié à des moyens de sélection d'une valeur de consigne 29a de l'angle de rotation recherché 15 et peut être connecté à des moyens d'affichage 29b de cet angle. Ainsi, la machine est arrêtée lorsque l'angle de rotation mesuré devient égal à une valeur donnée par les moyens 29a de consigne. Lors des essais de rélisation d'une machine 20 selon l'invention, une précision de l'ordre du degré a pu être obtenue. L'outil tourne en effet très lentement lorsque l'on effectue une rotation angulaire déterminée de la broche; le couple exercé étant par ailleurs suffisant, la coupure de l'air comprimé entraine un 25 arrêt quasi immédiat. D'autres éléments peuvent être avantageusement ajoutés à ce circuit de contrôle et de commande d'une machine pneumatique selon l'invention. Par exemple, un système 50 permettant la progammation de la durée du 30 serrage dans le cas o la machine est une visseuse. Il est par ailleurs possible, par l'intermédiaire d'un dispositif 52 de changement de vitesses, de modifier les paramètres de fonctionnement de la machine par exemple pour avoir une vitesse de travail différente. Le fonctionnement des machines réalisées selon l'invention est expliqué ci-après. L'air comprimé est branché sur la machine par adaptation d'un raccord sur le conduit d'alimentation 2 d'air comprimé. L'outil est alors à l'arrêt. Par'action sur les moyens de commande 12, 42, (le clapet de fer5 meture 11 étant ouvert ou la vis pointeau.44 étant préréglée dans une position déterminée), l'air comprimé alimente les moyens moteurs rotatifs 3, 45 entraînant le réducteur 4 qui fait tourner la broche 16, 46 sur laquelle est adapté l'outil. Simultanément, les moyens 10 rotatifs 3 entraînent le générateur 6 de courant, qui après avoir été transformé, est stocké, par exemple, dans la batterie 24 qui sert à l'alimentation générale du circuit de contrôle-commande. Dans le cas d'une visseuse et au préalable, 15 l'opérateur aura affiché en consigne, par l'intermédiaire des moyens 31 (clavier, potentiomètre,... ) la valeur de consigne du couple maximum auquel il veut arriver lors du serrage. Le vissage de la vis est ensuite effectué et la montée en couple lors du serrage 20 se fait. Lorsque les capteurs d'effort transmettent un signal représentatif donnant un couple de valeur égal à la valeur de consigne, l'excitation de l'électro-aimant 13 provoque la fermeture du clapet 11 et l'arrêt de la machine. Dans le cas du fonctionnement d'une machine type meuleuse, l'opérateur affiche la vitesse à laquelle il veut effectuer son opération de meulage par-l'intermédiaire des moyens 35a de selection d'une valeur de consigne. Lors du meulage, l'état de surface de la pièce 30 à meuler, la pression manuelle exercée par l'opérateur, et l'état de l'outil vont varier. La vitesse de rotation, fonction de ces paramètres va donc également varier et permettre alors de réguler l'arrivée d'air en agissant par l'intermédiaire des moyens de régulation 35 35 sur la vanne pointeau 44 comme précédemment décrit, par action sur le micro-moteur 51. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ces modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; 5 elle comprend par exemple des moyens qui vont permettre, notamment dans le cas des visseuses: - le vissage de vis auto-perceuses ou autotaraudeuses, dans des pièces nécessitant un couple de vissage supérieur au couple de serrage, le serrage d'approche à vitesse rapide et le blocage de la vis ou de l'écrou à vitesse lente, mais à couple supérieur, - un marquage à la peinture des vis ou écrous serrés, - des durées de serrage programmables, - des changements de vitesses automatiques. Pour les meuleuses, taraudeuses, et perceuses: - en plus de la régulation des vitesses de rotation, une programmation de vitesses, notamment pour 20 avoir un démarrage progressif. Grâce aux machines selon l'invention une meilleure qualité dans le travail effectué par l'opérateur et un meilleur contrôle de ce travail est possible. L'affichage des paramètres de fonctionnement 25 sur la machine permet à l'opérateur de s'adapter aux conditions particulières de son travail en permanence. On peut également prévoir sur la machine des sorties sur lesquelles vont venir se connecter des équipements séparés. Un dialogue entre le circuit 30 électronique de contrôle et de commande incorporé de la machine et des systèmes 55 de traitement externe de données (enregistrement des paramètres de travail par exemple) est alors possible. Des modifications concernant les réglages de la machine elle-même, ou encore 35 l'asservissement à la machine d'un poste fixe sur lequel la machine portative selon l'invention serait montée ou plus généralement, son utilisation par un robot sont donc tout à fait envisageables. A titre d'exemple, on peut citer le recul automatique d'une perceuse pour le débourrage des 5 copeaux lorsque le couple de travail atteint une valeur maximum prédéterminée. REVENDICATIONS: 1. Machine pneumatique portative comportant: un corps (1) muni d'un conduit d'arrivée d'air comprimé (2), des moyens moteurs rotatifs (3) placés dans le 5 corps, actionnés par le flux d'air comprimé et destinés à entrainer en rotation un outil, un dispositif de coupure (10) du flux d'air alimentant la machine, un générateur électrique (6) comprenant un rotor (7) et un stator (8) installés dans le corps, le rotor (7) étant 10 apte à être entraîné mécaniquement en rotation par les moyens moteurs rotatifs (3), caractérisée en ce que la machine pneumatique comporte de plus: - un circuit électronique de commande et de contrôle (13) du fonctionnement de la machine pneuma15 tique incorporé au corps (1) de ladite machine et alimenté en courant délivré par le générateur électrique (6), - et en ce que le générateur (6) est agencé pour délivrer également des signaux représentatifs d'au moins 20 un paramètre de fonctionnement de la machine utilisable par ledit circuit. 2. Machine pneumatique selon la revendication 1 caractérisée en ce que le dispositif de coupure d'air (10) alimentant la machine est intégré au corps (1) de 25 la machine et en ce qu'elle comprend des moyens (25,26) aptes à transmettre un signal représentatif du couple exercé par les moyens moteurs rotatifs (3) sur l'outil au circuit électronique de commande et de contrôle (13) du fonctionnement de ladite machine, et en ce que ledit 30 circuit (13) comprend des moyens de sélection (31) d'une valeur de consigne à un couple maximum de sortie desdits moyens moteurs (3) et de commande (29) du dispositif de coupure d'air (10) lorsque le couple a atteint ladite valeur de consigne. 3. Machine pneumatique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le générateur électrique (6)est agencé pour délivrer un signal représentatif de la position angulaire des moyens moteurs rotatifs (3) et de l'outil, et en ce que le circuit électronique (13) de commande et de contrôle de la machine comprend des 5 moyens de sélection (29a) d'une valeur de consigne de la position angulaire de l'outil et de commande (29) du dispositif de coupure d'air (10) lorsque la position angulaire de l'outil atteint ladite valeur de consigne. 4. Machine pneumatique selon la revendication 1, 10 caractérisée en ce que le générateur électrique (6) est agencé pour fournir un signal représentatif de la vitesse de rotation des moyens moteurs rotatifs (3) et en ce que le circuit électronique de commande et de contrôle (13) de la machine comprend des moyens de 15 sélection (35a) d'une valeur de consigne de la vitesse et des moyens de maintien (35) de ladite vitesse à ladite valeur de consigne. 5. Machine pneumatique selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens aptes à transmettre un 20 signal représentatif du couple exercé par les, moyens moteurs rotatifs (3) comprennent une pièce déformable (15) propre à immobiliser en rotation les moyens moteurs rotatifs (3.) et supportant au moins un capteur d'effort (26). 6. Machine pneumatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (24) intégrés de stockage de l'énergie électrique délivrée par le générateur, telle qu'une batterie d'accumulateurs. 7. Machine pneumatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un écran d'affichage (28, 33) associé au circuit électronique de commande et de contrôle permettant de visualiser au moins un des 35 paramètres de fonctionnement de la machine, ledit écran étant fixé sur le corps (1) de la machine. 8. Machine pneumatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un écran d'affichage (29b, 32, 35a) permettant de visualiser les valeurs de consigne à 5 respecter dans l'utilisation de la machine, l'écran étant fixé sur le corps (1) de la machine. 9. Machine pneumatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le circuit électronique de contrôle et commande est 10 programmable. 10. Machine pneumatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (60) de mémorisation des paramètres de fonctionnement de la machine, les moyens 15 étant portés par le corps (1) de'la machine.