Brevet FR2623624A1 — publié le 19890526

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA DETERMINATION DES CARACTERIS TIQUES D'ECOULEMENT D'UNE MATIERE A L'INTERIEUR D'UN MOULE, AU COURS D'UN PROCESSUS DE MOULAGE. La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la détermination des caractéristiques d'écoulement d'une matière à l'intérieur d1un moule, au cours d'un processus de moulage, notamment dans le but d'effectuer des réglages, ou bien de réaliser l'asservissement de la machine à mouler ou encore d'établir, de tester et/ou de valider une modélisation d'écoulement utilisable dans le cadre d'une conception assistée par ordinateur du moule et de son environnement. D'une manière générale, on sait que la connaissance des caractéristiques d'écoulement de la matière et, en particulier, de son cheminement dans une empreinte de moule de forme complexe, est d'un grand enseignement pour la conception des pièces moulées ainsi que de leurs moules. En effet, ce cheminement permet notamment de localiser les lignes de soudure et d'éviter qu'elles aient lieu dans des endroits critiques de la pièce ou meme dans des endroits particulièrement visibles. Elle permet aussi de mettre en évidence d'éventuelles zones où l'écoulement n'a plus lieu alors qu'il continue dans d'autres endroits, ainsi que des défauts de remplissage du moule. Or, il s'avère que les caractéristiques d'écoulement d'une matière à l'intérieur d'un moule sont régies par des lois très complexes et dépendent d'une multiplicité de paramètres concernant notamment - les particularités du moule, par exemple sa forme, l'état de surface de l'empreinte, son homogénéité, les emplace ments des orifices d'injection, de dégazaae, la températu re des parois moulantes, etc..., - les propriétés de la matière de moulage, par exemple sa maléabilité, sa viscosité, etc..., qui sont habituelle ment variables en fonction de la température, de la pres sion.... - les paramètres de la machine de moulage tels que la pres sion, la température et le débit de la matière injectée. En outre, dans la majorité des cas, il n'est pas possible d'observer directement cet écoulement, ne serait-ce qu'en raison du fait que les parois des moules sont réalisées en métal et sont, par conséquent, opaques. C'est la raison pour laquelle la modélisation de l'écoulement et, en particulier, la détermination du cheminement de la matière à l'intérieur du moule, ne peut s'appuyer que sur des données théoriques ne permettant pas de prendre en compte la totalité des paramètres précédemment évoqués. Le modèle d'écoulement ainsi déterminé est donc aléatoire et sa vérification est particulièrement mal aisée puisqu'elle ne peut reposer que sur l'étude de l'objet, une fois moulé. L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients. Elle propose à cet effet un procédé pour la détermination des caractéristiques d'écoulement d'une matière à l'intérieur d'un moule au cours d'un processus de moulage, selon lequel le cheminement de la matière dans l'empreinte du moule est déterminé selon une séquence comprenant les phases opératoires suivantes - une première étape au cours de laquelle on définit, dans un système de références lié audit moule, les coordonnées d'une première multiplicité d'emplacements uniformément répartis dans la cavité du moule, - une seconde étape comprenant une pluralité de phases de détection se succédant avec une période très inférieure à la durée de remplissage du moule, chacune desdites phases de détection étant définie par son rang et comportant . la détection sensiblement simultanée et instantanée de la présence ou de l'absence de matière au niveau de tous les susdits emplacements, et . la mémorisation des informations fournies par chacune de ces détections en un emplacement mémoire défini en fonction dudit rang et des coordonnées de l'emplacement qui lui correspond, - une troisième étape comprenant la reconstitution graphi que, à partir des informations mémorisées lors d'au moins l'une desdites phases de détection, d'au moins la forme du front antérieur de la matière lors de son écoulement dans la cavité du moule, avec la forme et la position qu'il présentait au moment où était effectuée cette phase de détection. Il apparaît donc qu'à l'aide du procédé précédemment défini, chaque phase de détection donne lieu à une représentation graphique, par exemple sur un écran, d'au moins le front antérieur de la matière. Il est donc possible, en représentant successivement les fronts antérieurs de la matière#correspondant aux phases de détection successives, avec une périodicité convenablement choisie, de visualiser au ralenti l'écoulement de la matière pendant le moulage. Par ailleurs, le procédé selon l'invention peut en outre comprendre - lors de la susdite première étape, la détermination d'une deuxième multiplicité d'emplacements de détection dans le susdit système de coordonnées, - lors de la susdite seconde étape, au cours de chacune des susdites phases de détection, la détection simultanée et instantanée d'au moins un paramètre tel que, par exemple, la température de la matière, au niveau de tous les empla cements de détection, - la mémorisation des informations fournies par chacune de ces détections en un emplacement mémoire défini en fonc tion dudit rang et des coordonnées de l'emplacement qui lui correspond, et - l'affichage, lors de la susdite troisième étape, des para mètres détectés, en correspondance avec l'emplacement où s'est effectuée la détection. Bien entendu, le procédé selon l'invention peut en outre avantageusement comprendre, lors de la troisième phase, la visualisation de la forme de l'empreinte du moule, à l'intérieur de laquelle est représenté le front antérieur de la matière. La mise en oeuvre du procédé précédemment défini peut être effectuée à l'aide d'un dispositif faisant intervenir un ensemble de détection comprenant une pluralité d'organes émetteurs au moins partiellement incorporés dans la paroi du moule et présentant des surfaces émettrices affleurant une première surface de l'empreinte en des emplacements uniformément répartis sur celle-ci, chacun de ces organes émetteurs servant à engendrer un faisceau de rayonnement, par exemple lumineux, à l'intérieur de l'empreinte, et une pluralité d'organes de réception au moins partiellement incorporés dans la paroi du moule et présentant des surfaces réceptrices affleurant une seconde paroi de l'empreinte, opposée à la première, chacune de ces surfaces réceptrices étant disposée au droit d'une surface émettrice d'un organe émetteur qui lui est associé, et chacun des organes de réception comprenant un détecteur apte à changer d'état lorsque la matière qui s'écoule dans la cavité du moule interrompt le rayonnement émis par l'organe émetteur qui lui est associé. Avantageusement, les susdits organes émetteurs comprennent chacun une fibre optique traversant la paroi du moule et comprenant une extrémité réceptrice extérieure éclairée par une source lumineuse et une extrémité émettrice affleurant la susdite première surface de l'empreinte, et les susdits organes récepteurs comprennent chacun une fibre optique traversant la paroi du moule et comprenant une extrémité émettrice extérieure couplée à un détecteur de rayonnement lumineux et une extrémité réceptrice affleurant la susdite seconde surface de l'empreinte. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une représentation schématique d'une installation pour la détermination des caractéristi ques d'écoulement d'une matière à l'intérieur d'un moule conformément au procédé selon l'invention La figure 2 est une représentation schématique du montage à fibres optiques équipant le moule utilisé dans l'installation représentée figure 1 La figure 3 montre l'organisation matérielle de l'unité d'acquisition et de mesure associée aux détecteurs. Il convient de noter tout d'abord que selon ce mode de réalisation, la détection de la présence ou de l'absence de la matière à l'intérieur du moule 1 est assurée au moyen d'un système de détection à fibres optiques faisant intervenir une pluralité de fibres émettrices 2 dont les extrémités réceptrices situées à l'extérieur du moule sont respectivement éclairées par des sources lumineuses faisant partie d'un module d'éclairage 3, et une pluralité de fibres réceptrices 4 dont les extrémités émettrices sont respectivement couplées à des détecteurs faisant partie d'un module d'acquisition 5 (figure 1). Ce système de détection se trouve plus particulièrement illustré sur la figure 2 dans laquelle on a représenté un I 1 de structure particulièrement simple, qui comprend deux parties assemblées l'une à l'autre au niveau d'un plan de jonction XX', à savoir : une partie mobile 6 présentant une empreinte de profil rectangulaire 7, s'ouvrant au niveau du plan de jonction XX' et une partie fixe 8 présentant forme plane 9 s'étendant dans le plan de jonction. Ces deux parties délimitent donc une cavité de section rectangulaire 10 dans laquelle la matière 11 peut être injectée grâce à un canal d'injection 12. La partie fixe 8 du moule 1 comprend une pluralité de perçages traversants 13 axés perpendiculairement au plan de jonction XX' et qui débouchent dans la cavité 10 au niveau de la portion de la face plane 9, constituant la paroi inférieure de l'empreinte. A l'intérieur de ces perçages 13 viennent s'engager les fibres émettrices 2, de telle manière que leurs faces émettrices 14 soient sensiblement situées dans le plan de la forme plane 9. Les discontinuités de formes engendrées au niveau de ces faces émettrices 14 peuvent être effacées grâce à un polissage de la face plane 9 après insertion des fibres optiques 2. L'éclairage des extrémités réceptrices 15 de ces fibres optiques 2 est assuré par une pluralité de diodes électroluminescentes D1, à raison de une par fibre optique 2, montées en série dans le module d'éclairage 3 et alimentées par une source de courant électrique 16 commandée par un interrupteur commandable 17 schématisé par un relais. D'une façon analogue, la partie mobile 6 du moule 1 comprend une pluralité de perçages 18 respectivement coaxiaux aux perçages 13 de la partie fixe, qui débouchent dans la cavité 10, au niveau d'une surface 19 de l'empreinte située à l'opposé de la face plane 9. Ces perçages 18 reçoivent une pluralité de fibres optiques réceptrices 4 dont les faces réceptrices 20 s'étendent dans le plan de la surface 19 de l'empreinte. Chacune des extrémités émettrices 21 de ces fibres réceptrices 4 est couplée à un détecteur photosensible D2, ici une photodiode, faisant partie de l'unité d'acquisition 5. Il est clair qu'en l'absence de matière 11 à l'intérieur de la cavité 10 du moule 1, les fibres réceptrices 4 recevront le faisceau lumineux transmis par les fibres émettrices 2 et, qu'en conséquence, les détecteurs photosensibles D2 seront tous dans un premier état logique, par exemple 0. Par contre, lorsqu'au cours du moulage, la matière 11 vient s'interposer entre la face émettrice 14 d'une fibre émettrice 2 et la face réceptrice 20 d'une fibre réceptrice 4, la transmission du rayonnement lumineux entre ces deux fibres optiques 2, 4 sera interrompue, et le détecteur photosensible D2 correspondant changera d'état en passant par exemple à l'état 1. On conçoit aisément qu'en répartissant convenablement les extrémités émettrices 14 et réceptrices 20 des fibres optiques 2, 4, sur les parois 9, 19, du moule 1 et en scrutant périodiquement l'état des détecteurs photosensibles D2, il est possible d'obtenir une succession d'informations permettant chacune de définir, à un instant donné, l'état d'avancement de la matière 11 à l'intérieur du moule. A titre d'exemple, l'unité d'acquisition 5 peut comprendre six modules 25 regroupant chacun seize fibres réceptrices 4 (figure 3) et est reliée à un dispositif de cartes d'entrée/sortie numérique 26 par une ligne de transmission de données 27 et par un circuit de commande 28 servant à déclencher les scrutations des éléments photosensibles D2. Ce dispositif d'entrée/sortie 26 est lui-même relié à un calculateur 29 ainsi qu'à un circuit de contrôle 30 du cycle de fonctionnement de la machine à injecter M. Par ailleurs, le dispositif d'entrée/sortie 26 assure la commande de l'interrupteur commandable 17 qui pilote l'alimentation des diodes électroluminescentes D1 (liaison 32). Comme on peut le voir sur la figure 3, à l'intérieur de l'unité d'acquisition chaque module 25 comprend une unité de mémorisation 33 telle que, par exemple, un registre FIFO (First In, First Out) qui, en mode acquisition, reçoit les informations relatives à l'état des détecteurs photosensibles D2 et, en mode lecture, transmet ces informations sur un BUS de données 34 raccordé au calculateur 29, par l'intermédiaire du dispositif d'entrée/sortie 26. D'une manière plus précise, en mode acquisition, des impulsions provenant du dispositif d'entrée/sortie 26 sont envoyées à une fréquence donnée, par l'intermédiaire de la liaison 35 vers l'unité d'acquisition 5. A chaque impulsion et pour chaque module d'acquisition 25, un mot de seize bits représentant les états 0 ou 1 des seize détecteurs photosensibles D2 de ce module, est mémorisé dans l'unité de mémoire 33 (registre FIFO) qui lui correspond. En mode lecture, les modules d'acquisition 25 sont sélectionnés successivement par le calculateur 29 (liaison 36). Le dispositif d'entrée/sortie 26 délivre, au niveau des unités de mémoire du module 25 sélectionné, un nombre d'impulsions égal au nombre d'impulsions envoyées en mode d'acquisition (liaison 37). A chaque impulsion, un mot de seize bits mémorisé dans l'unité de mémoire 33 du module 25 en question est envoyé sur le BUS 34 vers le calculateur 29, via le dispositif d'entrée/sortie 26. Le fonctionnement de l'appareillage précédemment décrit s'effectue selon une séquence opératoire comprenant, après une phase d'initialisation, les étapes suivantes - la remise à zéro des modules mémoire 33, - la saisie des données fournies par les détecteurs D2, - la lecture des données contenues dans l'unité de mémoire 33, - l'exploitation des données. Lors de la phase d'initialisation, l'opérateur doit programmer le nombre de cycles de mesure et la fréquence d'acquisition des données. Le premier cycle opératoire est réservé à la mesure de la durée de la phase d'injection, En fonction de ce temps et de la fréquence d'acquisition demandée, le calculateur 29 détermine la quantité de données à saisir et donc le nombre d'impulsions à envoyer, puis dimensionne un fichier de données. Lors du déroulement du processus de moulage, la machine à injecter M envoie au niveau du dispositif d'entrée/sortie des signaux logiques qui délimitent les différentes phases d'un cycle de moulage (départ cycle, départ injection, commutation, fin de cycle, alarme). Ces signaux logiques permettent la synchronisation de l'acquisition des données avec la phase d'injection correspondant au remplissage de l'empreinte. La phase de remise à zéro des modules mémoire 33 s'enclenche lors de l'émission du signal de départ cycle, grâce à un signal logique de courte durée issu du dispositif d'entrée/sortie 26 (liaison 40). Au signal de départ cycle, l'unité d'acquisition 25 est configurée en mode acquisition par les signaux logiques provenant du dispositif d'entrée/sortie 26 qui effectue la commande des diodes électroluminescentes (liaison 32) et la commande du mode acquisition (liaison 35). La saisie des données est déclenchée par le signal de départ injection émis par la machine M, à la suite duquel n impulsions de commande d'acquisition sont transmises par la liaison 35 à la fréquence demandée pendant la durée de remplissage de l'empreinte. Le mode de lecture qui est configuré à la suite de l'émission d'un signal de commutation émis par la machine M, comprend successivement - la sélection de l'un des modules d'acquisition 25, - la commande du mode lecture (liaison 36), - l'émission de n impulsions par la liaison 37, à la fré quence maximum de lecture. A chacune de ces impulsions, le mot de seize bits envoyé sur le BUS 34 est lu sur le dispositif d'entrée/sortie 26. La procédure est renouvelée pour tous les autres modules sélectionnés successivement. Les données sont ensuite transférées dans un fichier du calculateur 29. Les données stockées dans ce fichier peuvent être ensuite traitées de multiples façons. L'une de celles-ci peut notamment consister à détecter les changements d'état des détecteurs au cours de chacune des phases d'acquisition et d'en déduire une représentation graphique de l'évolution dans le temps de la matière à l'intérieur de la cavité du moule. Cette représentation peut alors être statique ou même dynamique. Dans ce dernier cas, il suffit de faire défiler les images successives du front de matière à une vitesse suffisante, d'une façon analogue à celle d'un processus cinématographique, de préférence à l'intérieur d'une forme représentative du contour de l'empreinte du moule. Par ailleurs, à cette représentation graphique du front antérieur de la matière, peut être associé l'affichage de divers paramètres relatifs à la matière au cours de son cheminement à l'intérieur du moule. Cet affichage peut être obtenu grâce à un processus analogue à celui précédemment décrit, faisant intervenir des capteurs de température tels que ceux, 41, représentés sur la figure 2. Revendications 1. Procédé pour la détermination des caractéristiques d'écoulement d'une matière à l'intérieur d'un moule au cours d'un processus de moulage, caractérisé en ce que le cheminement de la matière dans l'empreinte du moule (1) est déterminé selon une séquence comprenant les phases suivantes - une première étape au cours de laquelle on définit, dans un système de références lié audit moule (1), les coordon nées d'une première multiplicité d'emplacements uniformé ment répartis dans la cavité du moule, - une seconde étape comprenant une pluralité de phases de détection se succédant avec une période très inférieure à la durée de remplissage du moule (1), chacune desdites phases de détection étant définie par son rang et compor tant . la détection sensiblement simultanée et instantanée de la présence ou de l'absence de matière au niveau de tous les susdits emplacements, et . la mémorisation des informations fournies par chacune de ces détections en un emplacement mémoire défini en fonction dudit rang et des coordonnées de l'emplacement qui lui correspond, - une troisième étape comprenant l'analyse des informations mémorisées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la susdite troisième étape comprend la reconstitution graphique, à partir des informations mémorisées lors d'au moins l'une desdites phases de détection, d'au moins la forme du front antérieur de la matière lors de son écoulement dans la cavité du moule (1), avec la forme et la position qu'il présentait au moment où était effectuée cette phase de détection. 3. procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend la visualisation dynamique de l'écoulement de la matière par une représentation successive des fronts antérieurs de cette matière déterminés lors des phases de détection successives, avec une périodicité convenablement choisie. 4. Procédé selon ltune des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre - lors de la susdite première étape, la détermination d'une deuxième multiplicité d'emplacements de détection dans le susdit système de coordonnées, - lors de la susdite seconde étape, au cours de chacune des susdites phases de détection, la détection simultanée et instantanée d'au moins un paramètre tel que, par exemple, la température de la matière, au niveau de tous les empla cements de détection, - la mémorisation des informations fournies par chacune de ces détections en un emplacement mémoire défini en fonc tion dudit rang et des coordonnées de l'emplacement qui lui correspond, et - l'affichage, lors de la susdite troisième étape, des paramètres détectés, en correspondance avec l'emplacement où s'est effectuée la détection. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, lors de la troisième phase, la visualisation de la forme de l'empreinte du moule, à l'intérieur de laquelle est représenté le front antérieur de la matière. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il utilise un ensemble de détection comprenant une pluralité d'organes émetteurs (2) au moins partiellement incorporés dans la paroi du moule (1) et présentant des surfaces émettrices (14) affleurant une première surface (9) de l'empreinte en des emplacements uniformément répartis sur celle-ci, chacun de ces organes émetteurs (2) servant à engendrer un faisceau de rayonnement à l'intérieur de l'empreinte, et une pluralité d'organes de réception (4) au moins partiellement incorporés dans la paroi du moule (1) et présentant des surfaces réceptrices (20) affleurant une seconde paroi (19) de l'empreinte, opposée à la première, chacune de ces surfaces réceptrices (20) étant disposée au droit d'une surface émettrice (14) d'un organe émetteur (2) qui lui est associé, et chacun des organes de réception (4) comprenant un détecteur (D2) apte à changer d'état lorsque la matière qui s'écoule dans la cavité du moule (1) interrompt le rayonnement émis par l'organe émetteur (2) qui lui est associé. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les susdits organes émetteurs comprennent chacun une fibre optique (2) traversant la paroi du moule (1) et comprenant une extrémité réceptrice extérieure (15) éclairée par une source lumineuse (D1) et une extrémité émettrice (14) affleurant la susdite première surface (9) de l'empreinte, et les susdits organes récepteurs comprennent chacun une fibre optique (4) traversant la paroi du moule (1) et comprenant une extrémité émettrice (21) extérieure couplée à un détecteur de rayonnement lumineux (D2) et une extrémité réceptrice (20) affleurant la susdite seconde surface (19) de l'empreinte.