Brevet FR2657961A1 — publié le 19910809

Balance électronique à dispositif d'étalonnage et de réétalonnage automatique et dynamique. La présente invention concerne une balance électronique à dispositif d'étalonnage et de réétalonnage automatique et dynamique, du type comportant, en tant qu'équipage mobile, un fléau verticalement mobile portant un plateau de pesée, ce fléau étant relié par un système de suspension souple approprié à une partie d'ancrage fixe de la balance et étant mécaniquement solidarisé d'au moins un bobinage alimenté par une source de courant contrôlée et propre à se déplacer dans l'entrefer d'un aimant, ce fléau pouvant ainsi être soumis, en fonction du courant qui est envoyé dans ledit bobinage, à des forces verticales ascendantes pouvant contrebalancer tout ou partie des forces descendantes qui s'y appliquent.Il pourra s'agir en particulier d'une balance du type de celle qui est décrite dans la demande de brevet français n" 90 01074 déposée le 30 janvier 1990 au nom du même Demandeur, et qui comporte un dispositif à tare commandée. Dans la présente demande, on ne décrira donc pas complètement une telle balance, notamment dans ses parties magnétiques ; on ne décrira que les parties qui concernent plus spécifiquement la présente invention. On sait que les appareils de mesure électroniques ont besoin d'être réétalonnés au moins une fois par jour en milieu calme (en laboratoire), et plusieurs fois par jour en milieu perturbé (production industrielle). Il en est ainsi, en particulier, pour les balances électroniques. L'étalonnage d'une balance de laboratoire se fait en déposant une masse étalon sur le plateau et, en utilisant un dispositif de réétalonnage, en faisant coincider la valeur du poids indiquée avec celui de ladite masse. L'étalonnage dynamique d'une balance industrielle se fait en lançant la production, puis, dans les conditions normales d'une production stabilisée, en pesant successivement le même objet sur la balance à étalonner et sur une balance certifiée servant d'étalon secondaire. Une telle procédure de réétalonnage est délicate, puisqu'il faut interrompre le déroulement normal de la fabrication en retirant de la chaine l'objet qui sera pesé sur la balance industrielle puis sur la balance certifiée. Le but de la présente invention est d'éviter cet inconvénient des procédures connues, et d'élaborer une balance électronique permettant un étalonnage et un réétalonnage automatiques de la balance, sans nécessiter une interruption de la production. L'invention a en même temps pour but de permettre une compensation automatique des dérives de la balance. A cet effet, une balance électronique du type général mentionné au début sera, conformément à la présente invention, essentiellement caractérisée en ce qu'elle comporte une masse de référence mobile propre à être soumise à l'action de moyens de commande automatique de son déplacement, aptes à la déplacer entre au moins une position inactive laissant libre débattement au fléau, et au moins une position active ou d'étalonnage, pour laquelle cette masse peut être soulevée par ledit fléau. On verra plus bas quel est le mode de fonctionnement d'une telle balance. Le principe général pourra en être le suivant comme lors de la procédure connue, on pourra tout d'abord étalonner la balance avec un des objets qui sortent de la machine de production à contrôler, que l'on pèsera successivement avec la balance objet de la présente invention et avec une balance certifiée, servant d'étalon secondaire. Cet objet pourra ensuite servir d'étalon tertiaire pour étalonner le poids de ladite masse de référence, dont on connaît la masse mais pas le poids, ce dernier étant égal au produit de cette masse par la résultante verticale des différentes accélérations qui règnent dans l'environnement de la balance (y compris l'accélération de la pesanteur) et qui agissent sur cette masse. Ensuite il suffira de mettre en oeuvre cette masse de référence (grâce aux moyens de commande automatique mentionnés plus haut) pour réétalonner périodiquement le système, et ceci sans plus avoir besoin d'interrompre la production. Il est à noter, pour expliquer cette procédure, que la nécessité d'utiliser au début un objet comme étalon tertiaire résulte du fait que ladite masse de référence ne peut en tenir lieu, car l'étalonnage dynamique implique que tous les paramètres d'environnement soient similaires pour étalonner et pour mesurer. Or la masse de référence est différente de la masse des objets, sa vitesse de dépose est différente, et toute la dynamique de l'ensemble en est modifiée. C'est ce qui explique cette procédure, qui comporte donc les deux étapes suivantes : étalonnage de l'environnement étalonnage de la balance. Il est à noter également que, cette masse de référence constituant un objet intangible, on pourra compenser la dérive des appareils, due aux causes mécaniques et électroniques. On pourra retarer périodiquement la balance à partir d'une observation de l'écart entre le plateau plein et le plateau vide lors de la pesée de la masse de référence. Lorsqu'une balance électronique du genre en question est destinée à effectuer un contrôle en sortie de chaîne de production, le poids des objets contrôlés est à peu près toujours le même. On peut donc ne mesurer que le faible écart entre le poids réel des objets et leur poids nominal. Pour ce faire, on est amené à soumettre la balance à un tarage par compensation directe d'une majeure partie de la force qui s'exerce sur son plateau, ce qui permet de ne mesurer que les différences. Ce tarage peut être magnétique (voir la demande de brevet français mentionnée au début à titre de référence) et/ou par ressort. On va décrire ci-dessous à titre d'exemple, avec référence aux figures du dessin annexé, un mode de réalisation d'une balance conforme à l'invention sans ressort de tarage, et un autre mode de réalisation avec ressort de tarage. La figure 1 est une vue schématique en demicoupe axiale d'une balance électronique conforme à l'invention, à moyens de tarage magnétiques ; ces moyens, de même que les parties magnétiques dans leur ensemble et les autres parties mécaniques et électroniques qui ne sont pas nécessaires à la compréhension de l'invention, n'ont pas été représentés. Sur cette figure, 1 désigne un objet à peser, 2 le plateau et 3 le fléau mobile de la balance. Ce fléau est solidaire d'un certain nombre de butées : 4', apte à coopérer avec une butée fixe 4 solidaire du bâti B de la balance ; 6, dont le rôle sera vu plus bas ; 9', apte à coopérer avec une butée fixe 9, également solidaire du bâti B de la balance ; et 10, apte à coopérer avec une butée mobile 11 réglable grâce à une vis micrométrique 15 et sollicitée vers le haut par un ressort 12. En 5 on a représenté une masse de référence annulaire, qui entoure le fléau 3 et qui repose en permanence, par l'intermédiaire d'une gorge en V inversé 5', sur trois pointes de butée 7 solidaires chacune de la tige de piston 7' d'un vérin pneumatique 8 ; ce vérin peut être alimenté en air comprimé par une conduite 8' à des instants déterminés, ceci de façon automatique. L'agencement est réalisé par exemple de manière que lorsque le vérin 8 est mis sous pression le piston dont est solidaire la tige 7' s'abaisse, les butées 7 venant reposer sur une butée B2 du bâti B (comme représenté sur le dessin), alors que lorsque cette alimentation du vérin est interrompue, des ressorts 7" comprimés entre chaque butée 7 et le corps du vérin 8 correspondant sollicitent la masse de référence 5 vers le haut, jusqu'à l'amener en butée sur une autre butée B1 du bâti B. Cet agencement pourrait être inversé. Entre les différentes butées et les parties mobiles propres à coopérer avec elles de la façon qui vient d'être mentionnée sont prévus les espacements indiqués sur la figure 1 et chiffrés en nombre d'unités - 5 unités pour l'espace el entre le plateau 2 et la surface supérieure du bâti B - 3 unités pour l'espace e2 entre les butées 4 et 4t; - 5 unités pour l'espace e3 entre la butée B1 et la surface supérieure de la masse de référence 5 - 2 unités pour l'espace e4 entre la butée 6 et le fond d'une gorge annulaire en V inversé 6' de la masse de référence 5 - 2 unités pour l'espace e5 entre les butées 9 et 9' ; et - 1 unité pour l'espace e6 entre la butée 10 et une butée 10' opposée à la butée 9, tout ceci lorsque le fléau 3 a la position d'équilibre indiquée sur la figure 1, et que les butées 7 sont en position de repos sur la butée B2. La balance comporte encore un détecteur de zéro 13 à deux positions de référence DB et DH séparées par un espacement de 2,5 unités. Toutes les valeurs qui précèdent sont données bien entendu à titre d'exemples purement indicatifs, sans aucun caractère obligatoire. Ceci étant, on note que lorsque les pistons des vérins 8 sont en position basse (vérins alimentés) e4 est égal à 2 unités (comme ci-dessus indiqué), alors que cet espacement passe à 7 unités (2u + 5u) lorsque les pistons des vérins sont amenés en position haute par les ressorts 7" (vérins non alimentés), la masse de référence 5 venant en appui sur la butée B1 (pour la même position d'équilibre du fléau 3). Un objet à peser 1 étant posé sur le plateau 2, tend à le faire descendre, ainsi que le fléau 3. Le détecteur de zéro 13 détecte ce déplacement en quittant la position de référence inférieure DB. Un bouclage d'asservissement ou contre-réaction intervient alors (voir demande précitée) pour augmenter le courant dans le bobinage de mesure, et le détecteur revient à la position de zéro DB représentée sur la figure 1. Le courant dans le bobinage de mesure fournit l'indication du poids de l'objet 1. I1 est à noter que le fléau peut monter et descendre au maximum entre la butée fixe 4 et la butée fixe 9, c'est-à-dire entre -2 unités et +3 unités d'espacement, par rapport au zéro de sa position d'équilibre en pesée, qui est en DB. Il est à noter aussi que si l'objet à peser se situe dans la gamme de pesée totale de la balance (tare commandée + force de mesure), on n'a pas besoin de manipuler la masse de référence 5 pour suivre la dérive du zéro : il suffit pour ce faire de lire, entre deux pesées successives, la force correspondant à un plateau vide, et de corriger la valeur de tare lue ; il n'y a pas besoin de réétalonner, de sorte que la compensation de dérive peut être rendue automatique par un suivi du zéro physique, indépendamment du réétalonnage ; les deux fonctions sont séparées. Pour procéder à un réétalonnage de la balance (il s'agit d'un réétalonnage dynamique), il suffit de lui faire peser la masse de référence 5, en rééquilibrant le fléau sur la position supérieure d'étalonnage DH. Quand le détecteur 13 est asservi sur DH, on voit en effet que le fléau 3 a monté de 2,5 unités d'espacement, et que sa butée 6 soulève alors (sur 0,5 unité d'espacement) la masse de référence 5, l'espacement e4 n'ayant que 2 unités d'espacement. Ceci peut être effectué -comme pour la compensation de dérive- à chaque fois entre deux pesées successives d'un objet, et sans aucune interruption de la production. Il y a lieu de noter ici la considération importante suivante : le réétalonnage dynamique par masse de référence n'implique pas que la masse et sa dépose sur le fléau soient identiques à celles de l'objet à peser. Il faut seulement qu'elles soient reproductibles avec la précision demandée. C'est le cas avec une balance conforme à l'invention, puisque la dépose de la masse se fait toujours par remontée identique du fléau 3 vers le même point. On constate en outre que la charge du fléau reste similaire (objet/référence) pendant toute la procédure, ce qui est meilleur, car il n'y a pas de retour total à zéro pour les courants de mesure. Toujours avec référence à la figure 1, on va maintenant décrire une variante dans laquelle la tare de la balance, au lieu d'être assurée uniquement de façon magnétique -comme cela a été supposé dans ce qui précède et comme c'est aussi le cas dans la demande de brevet à laquelle on s'est déjà référé- est assurée par le ressort 12 qui a été mentionné plus haut. On voit que dans la position d'équilibre de la figure 1, la butée 10 du fléau 3 est en appui sur la butée mobile 11, laquelle peut être réglable en hauteur grâce à la vis micrométrique 15. Dans cette butée mobile 11 est vissée une autre vis 14 dont l'extrémité peut porter sur la butée fixe 10' opposée à la butée 9 et qui sert donc à limiter (à environ 1 unité de déplacement) l'amplitude possible de la remontée de la butée 11 lorsque le plateau 2 de la balance est déchargé. De la sorte, le ressort 12 reste sous compression même après remontée du fléau ; cette compression est légèrement variable, mais il ne varie pas beaucoup en longueur lors des déplacements du fléau 3, ce qui limite les effets d'hystérésis. Ceci étant, la procédure de tarage se déroulera de la façon suivante Lorsque l'objet 1 tombe sur le plateau 2, le fléau 3 vient au contact du ressort 12 par sa butée 10. L'équilibre des forces se fait par l'électromagnétisme, dans les conditions normales. Le fléau 3 se stabilise par rapport à la référence DB. La distance entre la butée 10 et le détecteur 13 étant constante, et le point DB fixe, la longueur du ressort 12 est constante et sa force de compression constante, à l'hystérésis près. On rajoute donc une force constante de tare mécanique aux forces variables, c'est-à-dire aux forces magnétiques de mesure. Après étalonnage, on obtient la masse de l'objet 1. Lorsque l'objet 1 est ôté du plateau 2, le fléau 3 remonte, d'abord sous l'effet des forces mécaniques et magnétiques combinées, puis, dès que le ressort 12 arrive en butée, sous l'effet magnétique seulement. On stabilise la balance sur la position de référence supérieure DH, et on mesure les courants de bobinage avec un plateau vide, ce qui permet de compenser automatiquement la dérive de tare. Si, en outre, les pistons des vérins pneumatiques 8 sont maintenus en position basse, le fléau 3, lors de sa remontée DB/DH, accroche la masse de référence 5. Cette masse 5 devant alors être équilibrée par les forces de magnétisme seulement, son poids doit être inférieur à la limite desdites forces. On lit alors le poids, et par comparaison avec le poids mis en mémoire lors de l'étalonnage initial, on réétalonne. Il est préférable de réétalonner les forces magnétiques pour des courants similaires à ceux qui sont utilisés lors de la mesure. Il y a lieu ici de distinguer deux cas A) Le poids de la masse de référence 5 peut être équilibré par les forces de compensation magnétiques (poids modéré) : on règle alors le ressort de tarage 12 pour que la différence entre le poids de l'objet 1 et la force du ressort en mesure soit équivalente au poids de la masse de référence. Les courants de compensation seront alors similaires. B) Si les poids à mesurer sont élevés, il est préférable, mais non pas indispensable, de réétalonner avec une masse de référence 5 de poids proche de celui de l'objet et donc élevé (plus que les possibilités de compensation magnétique). On règle la position de la butée haute 11 du ressort 12 pour que, même lors de la remontée du fléau et l'accrochage de la masse 5 de référence, il reste au contact du fléau 3 et compense une partie du poids. Cette force résiduelle est très sensible à la position de la butée haute, et il faut l'étalonner avec la même procédure que la procédure initiale. Il est à noter que l'on peut laisser les pistons des vérins pneumatiques 8 en position basse, ce qui permet de réétalonner après chaque pesée, mais risque d'user la masse de référence 5. Il vaut mieux réétalonner seulement de temps à autre, compte tenu de la faible dérive des balances. L'ordinateur de commande, qui garde en mémoire les corrections apportées lors de chaque compensation de dérive, peut ainsi connaitre le taux de dérive, et décider de réétalonner lorsqu'on risque de perdre de la précision. Il y a lieu de noter enfin que l'on peut modifier le réglage de la compression de départ du ressort 12, ceci en rendant mobile la plate-forme sur laquelle il prend appui, référencée en 16 sur la figure 1. On a représenté un mode de réalisation possible de cette disposition avec référence aux figures 2 et 3. Cette plate-forme 16 peut être montée (position 01, figure 3) ou descendue (position 02, figure 2) grâce à une vis sans fin 19 entraînée par un moteur pas-à-pas 21, la référence 20 désignant des colonnes de guidage de cette plate-forme. REVENDICATIONS 1. Balance électronique du type comportant, en tant qu'équipage mobile, un fléau verticalement mobile portant un plateau de pesée, ce fléau étant relié par un système de suspension souple approprié à une partie d'ancrage fixe de la balance et étant mécaniquement solidarisé d'au moins un bobinage alimenté par une source de courant contrôlée et propre à se déplacer dans 1 ' entrefer d'un aimant, ce fléau pouvant ainsi être soumis, en fonction du courant qui est envoyé dans ledit bobinage, à des forces verticales ascendantes pouvant contrebalancer tout ou partie des forces descendantes qui s'y appliquent, caractérisée en ce qu'elle comporte une masse de référence mobile (5) propre à être soumise à l'action de moyens (7", 8) de commande automatique de son déplacement, aptes à la déplacer entre au moins une position inactive laissant libre débattement au fléau (3), et au moins une position active ou d'étalonnage, pour laquelle cette masse (5) peut être soulevée par ledit fléau. 2. Balance électronique selon la revendication l, caractérisée en ce que ladite masse de référence (5) se présente sous la forme d'un bloc annulaire entourant le fléau (3) et apte, soit (en position active), à être soulevée par une première butée (6) solidaire du fléau (3), soit (en position inactive), à reposer sur un ensemble de butées mobiles (7) propres à être ellesmêmes supportées par une première butée fixe (B2) du bâti (B) de la balance, ces butées mobiles étant reliées auxdits moyens de commande (7", 8). 3. Balance selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de commande automatique comprennent d'une part des moyens moteurs (8) propres à être actionnés de façon contrôlée et par instants déterminés, ces moyens moteurs étant reliés opérativement auxdites butées mobiles (7), et d'autre part des ressorts (7") propres à contrebalancer l'action desdits moyens moteurs (8). 4. Balance selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'agencement desdits moyens de commande automatique est tel que l'actionnement desdits moyens moteurs (8) tend à ramener lesdites butées mobiles (7) en position d'appui sur ladite première butée fixe (B2), à l'encontre de l'action desdits ressorts (7"). 5. Balance selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que lesdits moyens moteurs sont des vérins pneumatiques (8), dont les tiges de pistons respectives sont solidarisées desdites butées mobiles (7). 6. Balance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une seconde butée fixe (B1) apte à limiter les déplacements de ladite masse de référence (5) vers le haut. 7. Balance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une troisième butée fixe (4) apte à limiter le déplacement du fléau (3) vers le haut, celui-ci portant à cet effet une seconde butée (4'). 8. Balance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une quatrième butée fixe (9) apte à limiter le déplacement du fléau (3) vers le bas, celui-ci portant à cet effet une troisième butée (9'). 9. Balance selon la revendication 7 et l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que, lorsque lesdites butées mobiles (7) reposent sur ladite première butée (B2) et que ledit fléau (3) est en position d'équilibre, il est prévu entre ladite masse de référence (5) et ladite première butée (6) du fléau (3) un espacement (e4) inférieur à l'espacement (e2) prévu entre ladite troisième butée fixe (4) et ladite seconde butee (4') du fléau (3). 10. Balance selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte un détecteur de zéro (13) à deux positions de référence, à savoir une position inférieure de pesée (DB) et une position supérieure d'étalonnage (DH) entre lesquelles est prévu un espacement légèrement supérieur audit espacement (e4) prévu entre ladite masse de référence (5) et ladite première butée (6) du fléau (3). 11. Balance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit fléau (3) porte une quatrième butée (10) qui, lorsque ledit fléau (3) est en position d'équilibre, vient en appui sur une butée mobile (11) à position réglable (vis micrométrique 15) cette butée mobile comprimant alors un ressort de tarage (12), et en ce que ladite butée mobile (11) est associée à un dispositif limitateur (vis 14 butée fixe 10') propre à maintenir ledit ressort (12) sous une compression pratiquement constante, même après remontée du plateau (1). 12. Balance selon la revendication 11, caractérisée en ce que ledit ressort de tarage (12) est en appui sur une plate-forme mobile (16) dont la position peut être commandée par une vis sans fin (19) entrainée par un moteur pas-à-pas (21).