Brevet FR2638118A1 — publié le 19900427

PROCEDE ET APPAREIL POUR LA COMPRESSION ET LE CONTROLE DE LA COMPRESSION DE MATIERES PULVERULENTES ET PRESSE EN FAISANT APPLICATION La présente invention est relative au compactage de matières pulvérulentes dans un conteneur et elLe vise, plus particulièrement, le compactage des matières pulvérulentes précompactées ou non déversées par doses devant être, successivement, compactées dans des conteneurs en forme d'étuis destinés à constituer des cartouches à effet pyrotechnique, par exemple. L'invention vise toutes les applications dans lesquelles ou pour lesquelles il convient de tasser, de compacter ou de comprimer des matières pulvérulentes disposées dans des conteneurs. Pour assumer la fonction ci-dessus, l'art antérieur propose de mettre en oeuvre un support dans lequel coulisse, généralement verticalement, un poinçon susceptible de pénétrer dans un conteneur pour presser, avec un effort déterminé réglable, une dose de produit pulvérulent que le conteneur contient. Au cours de cette opération, le conteneur est appliqué sur un tas ou une enclume de reprise. Pour L'application de L'effort recherché sur le poinçon, un certain nombre de solutions techniques ont déjà été proposées. La première consiste à appliquer l'effort sur le poinçon à l'aide de systèmes à bras de leviers munis de contrepoids réglables. La seconde préconise de mettre en oeuvre des cartouches à ressorts précontraints destinées à être comprimées à une course donnée. La troisième solution consiste à utiliser des systèmes à bain d'huile dont la pression est contrôlée. Ces solutions ne donnent pas satisfaction en pratique sur les plans particulier et général. En effet, il apparait que l'utilisation des systèmes à bras de Levier s'avère difficilement ajustable et nécessite une mécanique complexe et délicate à mettre en oeuvre. Les cartouches 2638 1 18 à ressorts ne sont pas adaptées à comprimer des doses de produit pulvérulent à diverses hauteurs, tandis que les systèmes à bain d'huile posent des problèmes d'étanchéité et de stabilité. Outre les inconvénients inhérents à chaque technique particulière, les matériels actuels ne sont pas en mesure d'imposer une contrainte ou une pression déterminée, de façon précise sur la matière à compacter qui, le plus fréquemment, est tassée ou comprimée avec une pression plus élevée ou plus faible que celle désirée. De plus, ces techniques offrent peu, voire aucune possibilité de contrôle de la hauteur de matière compactée. De telles incertitudes sur la hauteur de la matière compactée et sur la pression imposée à la matière ne permettent pas l'obtention de produits définitifs de caractéristiques exactement précises et reproductibles. Ceci représente un inconvénient notable, dans la mesure o ces deux critères ont un rôle primordial dans le comportement de ces produits lors de leur utilisation ultérieure. Par ailleurs, le non respect de ces critères, à des valeurs déterminées, entraîne, parfois, l'explosion de ces produits au cours de leur fabrication provoquant des dommages graves et importants à l'environnement dans lequel ils sont fabriqués. L'objet de l'invention est, justement, de remédier aux inconvénients ci-dessus, en proposant un nouvel appareil de compactage adapté pour connaître précisément la hauteur réelle de matière tassée et/ou la pression réelle imposée à la matière, de manière à agir sur le poinçon pour obtenir la hauteur et/ou La pression désirées. Un autre objet de l'invention est de proposer un appareil de compactage offrant une capacité de réglage aisée et précise des critères de hauteur et de pression, sur des plages de valeurs très larges. Un objet supplémentaire de l'invention est de proposer une presse conçue pour recevoir au moins un appareil de compactage selon l'invention, permettant d'effectuer des opérations de 26 38 1 18 tassement-compression reproductibles et précises pour obtenir, par machine-transfert, la fabrication en grande série de cartouches à caractère pyrotechnique de, sensiblement, mêmes caractéristiques. Un objet encore de l'invention est de proposer un procédé permettant de mesurer et de corriger L'élasticité d'un appareil de compactage adapté sur une presse. Pour atteindre les buts ci-dessus, l'appareil de contrôle de La compression de doses de matières pulvérulentes comprend: - une broche de contrôle de la force de compactage comportant: un système vis-écrou entraîné en rotation par un organe moteur, un boîtier muni d'au moins un capteur de force, interposé entre le système vis-écrou et le poinçon et apte à être déplacé en coulissement par Le système vis-écrou, - et un circuit d'asservissement de l'organe moteur en relation avec les valeurs mesurées successives de la force de compactage et avec une valeur de consigne de force. Le procédé de commande d'un appareil de contrôle de la compression consiste à: - fixer une valeur de consigne de la force de compactage et/ou de la hauteur à atteindre, inférieure à une valeur maximale correspondante à ne pas dépasser, - procéder à des mesures successives de la force de compactage et/ou de la hauteur des doses en cours de compactage par le poinçon, - et commander en déplacement le poinçon jusqu'à ce que la force de compactage ou de hauteur mesurée atteigne la valeur de consigne correspondante. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de 2638 18 réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue générale en élévation d'une presse adaptée pour recevoir un appareil conforme à l'invention, pour le contrôLe de la compression de matières pulvérulentes. La fig. 2 est une vue, à plus grande échelle, analogue à la fig. 1. La fig. 3 est un graphique illustrant le procédé de contrôle selon l'invention et montrant l'évolution de hauteur des doses compactées, en relation avec la force de compactage exercée. La fig. 4 représente deux demi-vues en coupe montrant un détail caractéristique de l'invention. La presse de compactage selon l'invention, telle que représentée aux fig. 1 et 2, est illustrée sous la forme d'un ensemble faisant partie d'une machine-transfert. Une telle machine peut comprendre une structure de base I supportant des rails de guidage 2 parallèles entre eux, destinés à assurer le support, le glissement et le guidage de deux organes d'entraînement souples 3, tels que deux chaînes du type GalLe, établies en forme de deux boucles sans fin. Les organes d'entraînement 3 sont conçus pour assurer le déplacement de chariots 4 portant des conteneurs, tels que des étuis 5, devant des postes de chargement en produits pulvérulents et/ou des postes de compactage puis, ensuite, vers des postes de garnissage, de fermeture, de déchargement, etc. Cette énumération n'est donnée qu'à titre limitatif car une machine-transfert peut comporter autant qu'il est nécessaire de postes à caractères fonctionnels, multiples, dépendant du produit à fabriquer. La machine-transfert comporte, aussi, des moyens 6 permettant d'immobiliser les chariots 4 à l'aplomb de chaque poste de travail. Il doit être considéré que l'objet de l'invention peut, également, être réalisé sous la forme d'un poste de travail unitaire simple, sans faire partie d'une machine-transfert. La presse de compactage comprend un bâti 7, en forme de table, supportant la structure de base 1, et un châssis vertical 8 en forme de portique. La table 7 guide en coulissement vertical un plateau 9 apte à être déplacé par un vérin 10 porté par la table et assumant une fonction d'approche rapide ou permettant une grande ouverture de passage. Le plateau 9 supporte au moins une rehausse. tubulaire 5a de remplissage et de centrage, destinée à être positionnée dans le prolongement d'un étui 5. Le châssis 8 est constitué par deux montants 11 disposés de part et'd'autre du plan de symétrie vertical P-P' de la presse. Les montants 11 s'élèvent verticalement à partir de la table 7 et sont réunis par une traverse supérieure 12 horizontale et par une traverse intermédiaire 13 de protection. La traverse supérieure 12 supporte un vérin principal 14, de préférence du type hydraulique à double effet. Le vérin 14 comporte une tige de piston 15 orientée verticalement et montée solidaire axiatement et angulairement d'un cadre vertical 16 assurant le support d'au moins un et, par exemple, deux appareils 17 pour la compression et le contrôle de la force de compactage, disposés de part et d'autre du plan de symétrie P-P'. Le cadre vertical 16 est formé par deux colonnes 18 situées symétriquement par rapport au plan P-P' et guidées en coulissement vertical par des paliers 19 montés sur la traverse intermédiaire 13. Les colonnes 18 sont réunies par une traverse supérieure 21 horizontale, par une platine centrale 22 disposée en-dessous de la traverse intermédiaire 13 et par une sous-platine 23 dont la fonction sera mieux comprise dans ce qui suit. Chaque appareil 17 comprend une broche 24 de contrôle de la force de compactage et un circuit 25 d'asservissement de la broche dont la fonction sera mieux comprise dans ce qui suit. Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 2, la broche de contrôle 24 est constituée par un cylindre tubulaire 26 formé, dans l'exemple illustré, de trois parties 26a-26c. Le cylindre 26 s'élève verticalement, à partir de la platine centrale 22 et passe, de part en part de la traverse intermédiaire 13, par une ouverture 27 ménagée dans cette traverse. Le cylindre 26 est rendu solidaire de la platine centrale 22, de toute manière convenable, et assure le montage d'un système vis-écrou 28 26 38 118 entraîné en rotation par un organe moteur 29. Dans l'exemple illustré, le système vis-écrou 28 est constitué par une tige 30 guidée en rotation par des roulements 31 portés par le cylindre et adaptés plus particulièrement pour supporter des charges axiales. La tige 30 est entraînée en rotation par l'organe moteur 29, de préférence de type électrique, dont la vitesse de rotation est commandée par le circuit d'asservissement 25. L'organe moteur 29 est adapté sur une coiffe 32 qui est montée sur la partie terminale 26a supérieure du cylindre. Par exemple, L'organe moteur 29 entraîne en rotation la tige 30 à l'aide d'une transmission 33 à pignons. Bien entendu, il doit être considéré que l'organe moteur 29 peut être monté dans le prolongement axial de La tige 30 ou communiquer son mouvement par une transmission différente de tous types connus en soi. De préférence, la partie terminale 30a supérieure de la tige est montée solidaire, par un accouplement direct 34, d'un capteur 35 de position et de déplacement angulaire de la tige 30, formé, par exemple, par un codeur digital adapté sur la coiffe 32. Les informations délivrées par le capteur 35 sont transmises au circuit d'asservissement 25. Il est à noter qu'il pourrait être prévu d'associer le capteur 35 à l'organe moteur 29 en tenant compte, Le cas échéant, du rapport de transformation de la transmission 33. La tige 30 comporte une partie terminaLe 30b inférieure destinée à coopérer avec un taraudage 36 d'une bague-écrou 37 qui se trouve liée angulairement au cylindre 26 et guidée en coulissement dans le cylindre. Par exemple, la bague-écrou 37 est liée en rotation au cylindre 26 par des clavettes -38 et se trouve guidée en déplacement axial par une douille 39. Bien entendu, il pourrait être envisagé d'entraîner en rotation La bagueécrou 37 pa, l'organe moteur et de Lier angulairement La tige 30, de manière à obtenir le coulissement de cette dernière. La bague-écrou 37 comporte, à sa partie terminale, un taraudage 371 destinée à recevoir un prolongement fileté 41 qui est 26 38 118 fixé à un corps 42 coulissant dans un bottier 43. La position du corps 42 est réglée verticalement en relation avec Le vissage du prolongement 41 dans la bague-écrou 37. Le prolongement 41 comporte un écrou 44 de blocage du corps en position fixe. Le corps 42 est pourvu d'une collerette supérieure 421 destinée à coopérer avec un capteur 45 adapté sur le dessous de la platine centrale 22 assurant le positionnement de fin de course du corps et permettant de déterminer L'initialisation du codeur 35. La collerette 421 du corps délimite avec le bottier 43 un jeu autorisant le coulissement axial du corps 42 dans le boîtier 43. Le corps 42 est muni d'une tête 422 sollicitant un capteur de force 46 monté dans le bottier. Le capteur de force 46, par exemple du type à jauges, est apte à délivrer, au circuit d'asservissement , un signal en relation avec les sollicitations en compression auxquelles il est soumis. Le capteur de force 46 est destiné à être sollicité en compression par L'intermédiaire d'un pilote cylindrique 48, par un poinçon 51 dont la forme générale est déterminée en fonction de la conformation de l'étui 5 et/ou de l'effet de compression, compactage ou tassement devant être produit ou imposé à la dose ou aux doses de matières pulvérulentes. Le poinçon 51 est monté dans un fourreau 52 qui est adapté de façon amovible sur le boîtier 43. Le fourreau 52 traverse la sous-platine 23 en étant guidé axiatement par une bague 53 montée sur la sous-platine et permettant d'obtenir le positionnement du poinçon 51. L'appareil de contrôle de la force de compactage, adapté sur une presse et décrit ci-dessus, fonctionne de la manière suivante. Lorsqu'une dose de matière pulvérulente doit être tassée, comprimée ou compactée à l'intérieur de l'étui 5 dans lequel eltle a été déversée par tout moyen convenable, le vérin 14 est alimenté, de manière à provoquer la course d'extension de la tige de piston qui entraîne le cadre 16 dans son déplacement descendant. Le cadre 16, qui peut être éventuellement pris en charge lors de sa 26 8 1 18 course de descente par un dispositif d'amortissement 52 porté par La traverse intermédiaire 13, passe d'une position A à une position B, représentée en trait interrompu à La fig. 1. La course de La tige de piston 15 est choisie de manière que le poinçon 51 exerce ou non, en position B, une pression sur La matière pulvérulente chargée. Pour obtenir La descente contrôlée du poinçon 51 par l'appareil 17, le circuit d'asservissement 25 commande la rotation de l'organe moteur 29 jusqu'à ce que la force de compactage détectée par le capteur de force 46 ou La hauteur de matière tassée mesurée par le codeur 35, atteigne, respectivement, une valeur de consigne de force Fc ou de hauteur Hc, préalablement choisies et introduites dans le circuit 25. La consigne de force Fc est choisie pour être inférieure à une valeur maximale de force Fmax à ne pas dépasser, tandis que la consigne de hauteur Hc est choisie pour être supérieure à la hauteur Hmin à ne pas dépasser. Il est à noter que l'appareil 17 peut être mis en oeuvre, soit uniquement avec une consigne de force, soit uniquement avec une consigne de hauteur ou soit avec une consigne de force et de hauteur. Dans ce dernier mode de fonctionnement, le circuit d'asservissement 25 commande L'arrêt de L'organe moteur 29 dès que l'une des valeurs de consigne est atteinte. L'appareil de contrôle 17 permet, ainsi, d'obtenir un taux de compression déterminé précis sur une plage de valeurs très large. Par ailleurs, Le circuit d'asservissement 25 est prévu pour mesurer la force résidueLLe de compactage, après que La force de compactage exercé ait atteint la valeur de consigne de force, de manière à constater son évolution ou à commander en déplacement le poinçon jusqu'à ce que la force de compactage mesurée atteigne de nouveau La valeur de consigne de force. TeL que cela apparaÂt plus précisément à la fig. 3, Le circuit d'asservissement 25 mesure, Lorsque la valeur de consigne de hauteur est obtenue, la force de compactage correspondante, de manière à vérifier que cette dernière est comprise entre des valeurs maximale Fmax et minimale Fmin Le circuit 25 assume aussi cette fonction lorsque la valeur de consigne de force est atteinte pour vérifier que la hauteur correspondante est comprise entre des valeurs déterminées maximale Hmax et minimale HMin. Pour rattraper les défauts du système vis-écrou 28, un étalonnage est réalisé en procédant à deux mesures successives de hauteur consistant à commander l'organe moteur, de manière à amener le poinçon en contact avec deux cales de hauteurs différentes et connues. La différence de hauteur des cales est rapportée au nombre d'impulsions délivrées par Le codeur 35 pour déterminer le pas du système. Pour améliorer la précision des mesures de hauteurs, il peut être envisagé de procéder à un essai permettant de connaître l'élasticité de la broche de contrôle adaptée sur une presse. Cet essai, qui peut être effectué lors de la mesure des hauteurs décrites ci-dessus, consiste à appliquer le poinçon sur une cale de réglage, avec une force de compactage supérieure à la valeur maximale de travail, à mesurer puis à enregistrer, dans le circuit , la hauteur de déplacement du poinçon, en relation avec la force de compactage. Lors des mesures de hauteur réalisées au cours du processus de fabrication, le circuit 25 corrigera la hauteur mesurée d'une valeur en reLation avec la force enregistrée correspondante. Dans le cas o plusieurs appareils 17 sont mis en oeuvre simultanément sur une même presse, La partie terminale du fourreau 52 est aménagée pour recevoir un écrou d'appui 54 qui est mis en oeuvre plus particulièrement si, lors d'unephase de compactage, un ou plusieurs poinçons 51 se trouvent places en relation avec un étui 5 ne comportant pas de matières pulvérulentes à compacter (position représentée à droite sur La fig. 4). Dans cette hypothèse, Les écrous 54, associés à chaque poinçon 51 ne compactant pas de matières pulvérulentes, viennent en appui sur le plateau 9 de manière à obtenir une répartition des efforts de compression sur l'ensemble des appareils 17. Bien entendu, la position verticale des écrous 54 est réglée convenablement pour autoriser [a descente des poinçons 51 d'une valeur leur permettant. d'assumer la fonction de compactage des matières pulvérulentes (position représentée à gauche sur la fig. 4). L'invention n'est pas limitée aux exempLes décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. Ainsi, il peut être envisagé de monter fixement La broche de contr8le 24 et de déplacer en coulissement vertical les conteneurs 5. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'asservissement d'un appareil destiné à contrôler la force de compactage et/ou la hauteur de doses de matières pulvérulentes compressées dans un conteneur (5) par un poinçon (51), caractérisé en ce qu'il consiste à - fixer une valeur de consigne de la force de compactage (Fc) et/ou de La hauteur (HC) à atteindre inférieure à une valeur maximale correspondante (Fmax ou Hmax) à ne pas dépasser, - procéder à des mesures successives de la force de compactage et/ou de La hauteur des doses en cours de compactage par le poinçon, - et commander en déplacement Le poinçon jusqu'à ce que La force de compactage ou de hauteur mesurée atteigne la valeur de consigne correspondante. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à vérifier que la hauteur ou la force de compactage des doses comprimées est comprise entre des valeurs maximale et minimale Lorsque la valeur de consigne, respectivement de force de compactage ou de hauteur, est atteinte. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste, après que la force de compactage ait atteint La valeur de consigne correspondante: - à mesurer La force maximale pendant le cycle, à mesurer la force résiduelle de compactage pour examiner son évolution. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé-en ce qu'il consiste, ensuite, à commander en déplacement le poinçon jusqu'à ce que La force de compactage mesurée atteigne de nouveau la valeur de consigne de force. - Procédé selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à: - appliquer le poinçon sur une cale de réglage avec une force de compactage supérieure à la valeur 263 8 118 maximale de travail, - mesurer et enregistrer la hauteur de déplacement du poinçon, en relation avec la force de compactage exercée, - et corriger, au cours du processus de fabrication, la hauteur mesurée d'une valeur en relation avec la force enregistrée correspondante pendant L'étalonnage. 6 - Appareil pour la compression et le contrôle de la force de compactage et/ou de hauteur de doses de matières pulvérulentes qui sont compactées dans un conteneur par un poinçon (51), caractérisé en ce qu'il comprend: une broche (24) de contrôLe de La force de compactage comportant: un système vis-écrou (28) entrainé en rotation par un organe moteur (29), un bottier (43) muni d'au moins un capteur de force (46), interposé entre le système vis-écrou et le poinçon, et apte à être déplacé en couLissement par le système vis-écrou, - et un circuit (25) d'asservissement de L'organe moteur en relation avec Les valeurs mesurées successives de La force de compactage et avec une vaLeur de consigne de force. 7 - AppareiL selon La revendication 6, caractérisé en ce que La broche de contrôLe (24) comprend un capteur (35) de position et de déplacement angulaire du système vis-écrou, relié au circuit d'asservissement, de manière que ce dernier pilote l'organe moteur en relation avec une hauteur de consigne. 8 - AppareiL selon La revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que La broche de contrôle (24) est formée d'un cylindre - tubulaire (26) dans lequel est montée une tige (30) guidée en rotation, entraînée en rotation par l'organe moteur et pourvue d'une partie filetée (30b) coopérant avec une bague-écrou (37) Liée angulairement, guidée en coulissement dans le cylindre et montée solidaire du boîtier. 9 - Appareil selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la broche de contrôle (24) comporte un capteur (45) de positionnement de fin de course du boitier et de détermination de l'initialisation du capteur (35). - Appareil selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'organe moteur (29) est couplé à la tige filetée par une transmission (33). 11 - Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe moteur (29) est monté dans le prolongement axial de la tige (30). 12 - Presse de compactage, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un appareil selon l'une des revendications 6 à 11. 13 - Presse de compactage selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un châssis vertical (8) s'élevant à partir d'une table (7) et portant un vérin (14) ayant au moins une tige de piston (15) orientée verticalement, - et un cadre de support (16) d'au moins une broche de contrôle (24) guidée en coulissement par le châssis et déplaçable par la tige de piston. 14 - Presse de compactage selon la revendication 13, caractérisée en ce que le cadre (16) comporte une sous-platine (23) montée entre le corps et le poinçon et équipée d'une bague (53) de guidage axial du fourreau (52) contenant le poinçon. - Presse de compactage selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux appareils équipés chacun d'un écrou d'appui (54) monté sur la partie terminale d'un fourreau (52) d'adaptation du poinçon (51). 16 - Presse de compactage selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisée en ce que qu'elle comporte une structure de transfert de chariots (4) portant les conteneurs (5), des moyens 26 38 118 d'immobilisation (6) des chariots pour positionner les conteneurs à l'aplomb des poinçons et un plateau (9) déplaçable verticalement et supportant au moins une rehausse tubulaire (5a) de remplissage et de recentrage apte à être positionnée dans le prolongement d'un conteneur (5).