Brevet FR2659635A1 — publié le 19910920

DISPOSITIF D'ALIMENTATION PAR BOL VIBRANT A STOCK-TAMPON INCORPORE Dans les installations d'assemblage automatique, l'alimentation des pièces à insérer est le plus fréquemment réalisée à partir d'un bol vibrant dans lequel les pièces sont déversées en vrac, soit manuellement, soit à partir d'une trémie de stockage. Le bol vibrant, selon une technologie connue en soi, est monté sur un support générant des vibrations qui impriment aux pièces un mouvement de rotation autour de l'axe vertical du système. Ce mouvement conduit les pièces à s'engager sur une rampe hélicoidale placée sur la paroi latérale du bol, et à s'élever progressivement jusqu'au sommet de cette paroi. Au cours de cette progression, les pièces, initialement présentées dans une position aléatoire, rencontrent des obstacles dont la fonction est, soit de corriger cette position, soit de faire retomber au fond du bol les pièces dont la position ne peut être corrigée, ou qui présentent une importante anomalie de forme. En fin de compte, et si tout s'est normalement déroulé, les pièces qui se présentent au sommet de la rampe hélicoidale sont toutes correctement orientées. Elles peuvent alors s'engager sur un couloir d'alimentation qui peut être, selon les cas, un rail vibrant, un convoyeur à courroie, un dispositif pneumatique, ou tout autre système approprié. Le couloir alimente en général un manipulateur d'insertion qui assure le transfert des pièces sur le produit auquel elles doivent être incorporées. Pour que le dispositif d'alimentation ne ralentisse pas la machine d'assemblage, il faut que les débits naturels du bol et du couloir soient supérieurs à celui de la machine. I1 est alors recommande de placer sur le couloir des capteurs d'accumulation dont l'un, placé le plus en amont possible, met le bol à l'arrêt quand le couloir est pratiquement plein, et le second, placé plus en aval, commande le redémarrage du bol. Le principal reproche qui est à faire à un tel dispositif est la fréquence des aléas auxquels il est sujet. Ces aléas proviennent rarement du dispositif lui-même, s'il a été correctement mis au point, mais plutôt du contenu du bol, dans lequel on peut rencontrer des pièces de géométrie imparfaite (déformations, bavures etc...) et des corps étrangers. Dans un certain nombre de cas, ces éléments défectueux vont provoquer des coincements en certains points particuliers, sur la rampe helicoidale ou plus frequemment à l'entrée du couloir qui est généralement configuree pour éviter l'admission de ces éléments défectueux. Ceux-ci doivent alors être éliminés par intervention manuelle. La qualité des pièces pouvant difficilement être irréprochable dans un approvisionnement en vrac, ces situations de coincement sont fréquentes, et se traduisent par des arrêts-machine, dans la mesure où la longueur du couloir d'alimentation peut difficilement être suffisante pour en faire un stock-tampon valable. Il est en effet peu concevable, pour des questions d'implantation, de placer le bol vibrant trop loin de la machine desservie. La demande de brevet français 90.00143 déposée le 5 janvier 1990 par la demanderesse décrit un dispositif d'alimentation à deux bols en série. L'objetde la présente invention est de faire apparaitre entre la sortie du bol et l'entrée de la machine une capacite-tampon importante, sans utilisation d'un deuxième bol et sans repercussion ni sur l'encombrement, ni sur la complexité de l'ensemble. Selon l'invention, le bol vibrant est muni d'une jupe cylindrique ou tronconique coaxiale avec sa partie principale, et située à l'extérieur de celle-ci. Sur cette jupe est placée une rampe hélicoidale descendante alimentée à partir de la partie principale du bol, et alimentant un couloir, généralement rectiligne, conduisant les pièces à l'entrée de la machine. Ce couloir sera toujours désigné ci-après "couloir d'alimentation", la rampe helicoidale fixée sur la jupe étant désignée "zône tampon". La zône tampon forme avec la partie principale du bol un ensemble homogène et rigide, supporté et actionne par un même support générateur de vibrations. Le couloir d'alimentation reste mécaniquement distinct de cet ensemble, et actionne par un dispositif propre. Au cours de leur progression, les pièces, initialement déversées en vrac dans la partie principale du bol, montent le long de la rampe helicoidale equipant cette partie, et, après avoir franchi un passage calibré, s'engagent dans la rampe descendante constituant la zone tampon, puis dans le couloir d'alimentation. En première analyse, on peut considérer qu'on a allongé le couloir d'alimentation d'une longueur égale à la longueur développée de la zone tampon. On fait ainsi apparaitre une capacité de stockage relativement importante entre le passage calibré marquant la sortie de la partie principale du bol, et l'entrée de la machine. Si on considère qu'une grande partie des aléas de distribution surviennent dans la partie principale, il est clair que cette capacité de stockage tampon pourra être employée pour limiter les répercussions de ces aléas sur le fonctionnement de la machine. Supposons en effet qu'un aléa survienne à partir d'une situation initiale normale, c'est à dire pour laquelle le couloir d'alimentation et la zone tampon sont à peu près pleins. On dispose alors d'un temps important pour éliminer cet aléa, avant que celui-ci ne se traduise par un arrêt machine. Notons que ce temps n'est toutefois pas égal à la durée de consommation par la machine de toute la capacité tampon. En effet, si un aléa était égal a cette durée, il y aurait un arrêt machine correspondant au temps de cheminement des pièces entre le point où s'est produit l'aléa, et l'entrée de la machine. Pour un bon fonctionnement du système, il est donc intéressant que ce temps de cheminement soit réduit, c'est à dire que la vitesse de circulation des pièces sur la zone tampon et le couloir d'alimentation soit aussi grande que possible. Un aspect important d'un tel dispositif est celui de la régulation. Son débit naturel étant normalement supérieur à celui de la machine (pour éviter qu'il constitue un goulot d'étranglement) il faut, plutôt que de laisser vibrer en permanence, le mettre à l'arrêt pendant certaines périodes. L'arrêt et le redémarrage de la vibration se font en fonction des niveaux de remplissage du couloir d'alimentation et de la zone tampon, ces niveaux étant détectés par des capteurs appropriés. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe du bol vibrant selon l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective du bol selon la figure 1 et du couloir d'alimentation. Sur les figures on voit: - la cuvette principale 1 dans laquelle sont introduites des pièces à distribuer; - la rampe hélicoidale montante 2 le long de laquelle ces pièces vont s'élever en rencontrant des chicanes ou des dispositifs d'orientation qui permettront d'obtenir un flux de pièces correctement orientées; - l'orifice calibré 3 placé au sommet de cette rampe et interdisant le passage aux pièces qui seraient hors gabarit ou incorrectement positionnées; - la jupe extérieure 4 formant avec la cuvette 1 un ensemble mécanique rigide. Cette jupe est ici cylindrique, mais pourrait également être tronconique; - la rampe helicoidale descendante 5 fixée sur la jupe 4 et constituant la zone tampon; - le support et générateur de vibration 6 qui actionne 1' ensemble ci-dessus. En se référant plus particulièrement à la figure 2 on voit un couloir d'alimentation 7, qui relie le dispositif précédent à l'entrée de la machine et qui est muni de son propre système de motorisation (non représenté). Le dispositif est équipé d'un premier capteur 9 détectant une limite d'accumulation sur la zône tampon 5, d'un deuxième capteur 8 détectant une limite d'accumulation sur le couloir 7, et d'un troisième capteur 10 similaire au premier 9, mais placé un peu plus en aval. Sur le plan du fonctionnement, la première règle à respecter est que le débit naturel de tous les éléments du trajet parcouru par les pièces soit sensiblement supérieur à la consommation de la machine, afin que celle-ci ne soit pas retardée par son alimentation. Cette règle étant supposée respectée, il est clair qu'en l'absence d'aléa, la tendance naturelle de la zone tampon sera de se remplir. Pour éviter de maintenir inutilement la vibration de façon permanente, celle-ci peut être interrompue quand l'accumulation des pièces atteint le premier capteur 9. Le contenu de la zone tampon s immobilise alors, et le couloir 7 cesse d'être alimenté. Etant lui-même toujours en action, il continue à alimenter la machine en se vidant partiellement jusqu'à ce que le vide soit détecté par le deuxième capteur 8.La vibration du bol est alors remise en marche, et l'alimentation du couloir est rétablie. Pour éviter toute rupture dans le fonctionnement de la machine, le positionnement du capteur 8 doit être tel qu'il permette à la première pièce se présentant alors à l'entrée du couloir 7 de parcourir la longueur totale de ce couloir en un temps inférieur à celui de la consommation des pièces contenues entre le capteur 8 et l'entrée de la machine. Bien entendu, une vitesse linéaire importante sur le couloir 7 est un élément favorable. Une fois le bol remis en marche, le contenu de la zone tampon va tendre, dans un premier temps à se déplacer vers l'aval, en rétablissant l'accumulation dans le couloir 7, et en créant un vide a l'aval du capteur 9. En effet, il est logique que le débit de la zône tampon 5 soit supérieur, comme on l'a vu, à celui de la machine, mais aussi à celui de la rampe intérieure 2 du bol. La zone tampon ne comporte en effet aucun obstacle à la progression des pièces; de plus, elle est aidée par la pesanteur; enfin, étant à la périphérie du système, c'est elle qui bénéficie de la plus forte amplitude de vibration.On va donc très rapidement voir la limite d'accumulation se déplacer vers l'aval par rapport au premier capteur 9, ceci jusqu'à ce que le vide précédemment crée dans le couloir 7 soit comblé. La limite d'accumulation dans la zône tampon remonte alors progressivement jusqu'au capteur 9, déclenchant un nouvel arrêt du bol. En variante, on peut imaginer que le bol ne soit pas mis à l'arrêt complet, mais à un fonctionnement ralenti, par exemple en diminuant la fréquence ou l'amplitude de la vibration, jusqu'à ce que le débit de la rampe helicoidale 2 devienne inférieur à celui de la machine. Si le débit de la zone tampon 5 reste, lui, supérieur à celui de la machine, il y aura création d'un vide sur cette zone tampon, en aval du capteur 9, mais le couloir 7 restera plein. Le retour à la grande vitesse de vibration devra alors être commandé par un troisième capteur 10 judicieusement placé sur la rampe 5 pour qu'il n'y ait pas d'interruption dans le fonctionnement de la machine.Si, au contraire, le débit de la zone tampon devient également inférieur à celui de la machine, il y a création de vides à la fois sur la zone tampon et sur le couloir 7. On peut donc alors commander le retour à la grande vitesse indifferemment par le capteur 8 ou par le capteur 10. On remplace ainsi une régulation "tout ou rien" par une régulation "tout ou peu", ce qui peut être bénéfique en conduisant à un fonctionnement plus fluide. Examinons maintenant le fonctionnement du système en situation d'aléa, c'est à dire de coincement ayant son origine au niveau de la rampe ascendante 2 ou de l'orifice calibre 3. La vibration étant maintenue, l'alimentation de la machine sera assurée jusqu'à ce qu'on ait complètement vidé la zône tampon 5 et le couloir 7. Pendant cette phase, les pièces restent en état d'accumulation. Si on désigne par "to" l'instant d'apparition de l'aléa, le temps "#t1" " pendant lequel la machine pourra continuer à fonctionner sera donné par: #t1 = Q U Q étant la quantité de pièces contenues dans le dispositif, à l'instant to, entre le point de coincement et l'entrez de la machine, et U étant le débit de la machine. Si on désigne par "#t2" le temps mis pour éliminer l'aléa, les pièces vont se remettre à circuler a l'instant to + At2. A partir de cet instant, il faudra encore un temps At3 avant que la machine soit réalimentée, ce temps étant donné par: At3 = D V D étant la distance à parcourir entre le point de coincement et l'entrez de la machine, et V la vitesse moyenne de progression des pièces sur cette distance. Au global, la durée Atp d'interruption de la machine sera égale a: Atp = At2 + at3 - At1 Ce qui montre que la continuité de fonctionnement est assurée si on a: #t2 # t1 - #t3 La couverture des aléas sera donc d'autant meilleure que 4 tel = Q sera plus grand, et que at3 = D sera plus petit. U V U étant imposé, on voit qu'on a intérêt à maximiser Q, ce qui s'obtient: - en installant une capacité de stockage tampon importante, ce qui confirme l'intérêt de la zône tampon, - en gérant le contenu de la zône tampon de telle sorte qu'elle travaille toujours au voisinage de son remplissage maximum, en ne mettant pas trop loin en aval les capteurs 8 et 10, même si celà doit occasionner un certain "pompage" de la régulation. - a maximiser V, notamment au niveau de la zône tampon. Nous avons vu plus haut que la configuration de celle-ci allait bien dans ce sens. Concernant la distance D, il est clair qu'elle est à peu près proportionnelle à Q. Si on maximise Q, on maximisera donc également D, ce qui fait perdre une partie du bénéfice recherché, mais il ne peut en être autrement dans un stockage-tampon de type linéaire. L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre décrit. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation en pièces d'une machine, du type bol vibrant, caractérisé en ce qu'il comporte, en plus d'une cuvette classique (1), équipée d'une rampe helicoidale ascendante (2), une j jupe cylindrique ou tronconique (4) concentrique à la cuvette (1 ), rigidement solidaire de celle-ci, et équipée d'une rampe helicoidale descendante (5) se presentant sur le trajet des pièces dans le prolongement de la rampe ascendante (2), et constituant une zône-tampon dont la capacité permet de limiter la répercussion des aléas inhérents à la sélection et à l'orientation des pièces, sur le fonctionnement de la machine desservie. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un premier capteur de détection d'accumulation (9) placé sur la rampe descendante (5), légèrement en aval de son point de jonction avec la rampe ascendante (2), ce point de jonction étant matérialisé par un orifice calibré (3) interdisant le passage des pièces hors gabarit ou mal orientées. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier capteur (9), ayant détecté une accumulation, interrompt la vibration du bol, cette vibration étant remise en marche par un second capteur (8) placé sur le couloir d'alimentation faisant la liaison entre le bol et la machine au moment où ce second capteur constate l'apparition d'un vide. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier capteur (9), ayant détecté une accumulation, provoque une réduction de l'intensité de la vibration du bol amenant le débit des pièces à la sortie de la rampe ascendante (2) à une valeur inférieure à la consommation de la machine. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, lors d'une phase à vibration réduite, le débit de la rampe descendante (5) reste supérieur à la consommation de la machine, le rétablissement de la vibration normale du bol étant provoqué par un troisième capteur (10) placé sur la rampe (5), en aval du premier capteur (9), lorsque ce troisième capteur (10) constate l'apparition d'un vide. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, lors d'une phase à vibration réduite, le débit de la rampe descendante (5) devient inférieur à la consommation de la machine; le rétablissement de la vibration du bol étant alors provoqué indifféremment par l'un des deuxième ou troisième capteurs (8) et (10).