Brevet FR2837412A1 — publié le 20030926

par la longu. de la tige filetée 1 2837412 La présente invention concerne un dispositif de marquage en creux par percussions successives. Il est connu de réaliser une marque sur un objet en propulsant de manière répétée une pointe contre cet objet. Parallèlement, on déplace une tête portant la pointe, selon le motif à réaliser. En fin d'opération, la marque est constituée d'une succession de traces d' impact en creux, pour la plupart accolées. La propuleion de la pointe peut être pneumatique, grâce à quoi deux modes de pilotage sont actuellement disponibles. Le premier de ces deux modes peut être qualifié de discontinu ou " point par point " et consiste à arrêter la tête avant chaque percussion. Dans le deuxième mode de pilotage, lors du marquage, le rythme des percussions est fixé par construction à une fréquence prédéterminée, tandis que la tête se déplace sans s'arrêter. Il s'ensuit qu'avec ce deuxième mode de pilotage, que l'on peut qualifier de continu, le marquage peut être notablement plus rapide qu'avec le premier mode, sa qualité étant toutefois moindre. La pointe de marquage peut également être propulsée à l' aide d'un électroaimant. Seul le mode précédemment qualifié de point par point est alors disponible, car on ne parvient pas à faire osciller la pointe à une fréquence suffisamment élevée pour que le mode de pilotage continu se traduise par un gain de temps sensible. Pour que ce soit le cas, il faudrait réduire le temps nécessaire à l'électroaimant pour propulser la pointe avec l'énergie suffisante pour un marquage correct. Tel est donc au moins l'un des buts que l' invention entend atteindre. A cet effet, l' invention a pour objet un dispositif de marquage en creux par percussions successives, comprenant: - une pointe de percussion dun objet à marquer, 2 2837412 - un électroaimant de propulsion de la pointe de percussion, et - un circuit d'alimentation électrique de l'électroaimant, ce circuit d'alimentation électrique comprenant un interrupteur commandé connecté en série avec l'électroaimant, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation électrique comporte des moyens pour appliquer, aux bornes de l'électroaimant, une tension supérieure à la tension nominale de cet électroaimant, ainsi qu'un limiteur de courant, disposé pour maintenir l'intensité du courant dans lélectroaimant en dessous d'un seuil prédéterminé. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de ce dispositif de marquage: - lesdits moyens pour appliquer une tension comprennent une source de tension et un élévateur de tension (11) placé entre cette source de tension (10) et l'électroaimant (7), l'élévateur de tension comportant deux condensateurs disposés pour stocker l'énergie en provenance de la source de tension et pour restituer cette énergie à l'électroaimant, l'élévateur de tension est un doubleur dit de Latour, la source de tension (10) étant destinée à fournir une tension alternative, lesdits condensateurs étant connectés pour se décharger par l'électroaimant, - il comporte un opérateur logique placé pour commander l'interrupteur commandé, le limiteur de courant comportant cet interrupteur commandé, une diode de roue libre, une résistance en série avec l'électroaimant, des moyens pour générer une tension de référence, un comparateur placé pour comparer la tension aux bornes de la résistance à la tension de référence et pour délivrer à l'opérateur logique un premier ordre de maintenir fermé l'interrupteur commandé lorsque la tension aux bornes de 3 2837412 la réaistance est inférieure à la tension de référence, l'opérateur logique étant prévu pour fermer l'interrupteur commandé uniquement s'il recoit à la fois ce premier ordre et un deuxième ordre de maintenir fermé l'interrupteur commandé, la diode de roue libre étant placée dans une boucle comprenant lélectroaimant mais pas l'interrupteur commandé, - il comporte des moyens pour générer un signal périodique à destination de l'interrupteur commandé, ce signal ayant une période sur laquelle il comprend successivement un ordre de maintenir fermé et un ordre de maintenir ouvert l'interrupteur commandé, cette période étant comprise entre 8 ms et 100 ms, et - il comporte une minuterie de sécurité qui est placée en aval des moyens pour générer le signal périodique et qui est prévue pour arrêter de transmettre, après une durée prédéterminée, l'ordre de maintenir fermé l'interrupteur commandé. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de marquage conforme à l' invention et comprenant un électroaimant d'entrainement d'une pointe de percussion d'un objet à marquer; - La figure 2 est un schéma d'un circuit électrique que comporte le dispositif de marquage de la figure 1; et - La figure 3 est un graphe représentant l'intensité du courant dans l'électroaimant en fonction du temps. Le dispositif de marquage représenté à la figure 1 comprend une machine 1 de marquage d'objets telle qu'une 4 2837412 plaque métallique 2, ainsi qu'une unité 3 de pilotage de la machine 1. Un boîtier 4 de la machine 1 renferme des moyens pour déplacer, selon des directions X et Y. une tête mobile de marquage 5 que porte la machine 1. Cette tête 5, qui est très schématiquement représentée à la figure 2, est connue en soi et comporte une pointe mobile 6 destinée à percuter la plaque 2 pour y laisser des traces d' impact en creux, ainsi qu'un électroaimant 7, masqué à la figure 1. Le noyau 8 de cet électroaimant 7 est mobile et destiné à être lancé contre l'élément définissant la pointe 6 pour propulser cette dernière en direction de la plaque 2. L'électroaimant 7 est alimenté électriquement par le circuit 9 qui est représenté à la figure 2. Ce circuit 9, conforme à l' invention, comporte une source 10 de tension alternative UE et un élévateur de tension formé par un doubleur de Latour 11, dont l'entrée est connectée aux bornes de la source de tension 10, la sortie de ce doubleur 11 étant connectée dans une boucle principale o se succèdent notamment en série l'électroaimant 7 et un interrupteur commandé, formé par un transistor 12. La source de tension 10 et le doubleur de tension 11 sont choisis de telle manière que la tension Us en sortie du doubleur 11 soit sensiblement supérieure à la tension nominale de l'électroaimant 7. Cette tension de sortie Us peut par exemple être de l'ordre de plusieurs fois la tension nominale de l'électroaimant 7. Par tension nominale de l'électroaimant 7, on entend la tension maximale que l' on peut indéfiniment appliquer à l'électroaimant 7 sans le détériorer. Dans la pratique, cette tension nominale est une donnée constructeur de l'électroaimant. Elle peut également être déterminée à l' aide d'un test suffisamment long. 2837412 Le transistor 12 fait partie d'un limiteur de courant 13, qui est prévu pour limiter l'intensité du courant I7 dans l'électroaimant 7. Ce limiteur de courant 13 comporte en outre une diode de roue libre 14, en parallèle avec l'électroaimant 7, ainsi qu'une résistance 15, elle-même montée en série avec cet électroaimant 7 dans la boucle principale. Des moyens 16 pour générer une tension de rétérence U16, ainsi qu'un comparateur 17 sont en outre prévus dans le limiteur de courant 13. Les moyens 16 et le comparateur 17 sont connectés de telle manière que ce dernier compare la tension de référence U16 à la tension U15 aux bornes de la réaistance 15. La sortie du comparateur 17 est reliée indirectement à l'électrode de commande, ou grille, du transistor 12. Plus précisément, elle est relice à l'une des deux entrées d'un opérateur logique 18, dont la sortie est reliée à l'électrode de commande du transistor 12. La tension de référence U16 est choisie de manière à être égale à la tension U15 mesurée aux bornes de la résistance 15 quant cette dernière est traversée par un courant ayant l'intensité maximale ImaX que le limiteur de courant 13 permet de ne pas dépasser dans la bouale principale. Si le courant I7 dans l'électroaimant 7 est inférieur à ImaX, la tension U15 aux bornes de la résistance 15 est inférieure à la tension de référence U16 et le comparateur 17 émet l'ordre de maintenir fermé le transistor 12. Dans le cas contraire, il émet l'ordre de maintenir ouvert ce transistor 12. La résistance 15 (shunt de mesure) n'étant là que pour permettre de mesurer l'intensité du courant I7 dans l'électroaimant 7, il est préférable que sa présence ne perturbe que faiblement le fonctionnement d' ensemble du circuit. En particulier, sa valeur est choisie de telle 6 2837412 manière que la tension U15 à ses bornes soit négligeable ou faible devant la tension Us en sortie du doubleur 11. De manière connue, le doubleur de Latour 11 comporte deux condensateurs 19 et 20, ainsi que deux diodes de redressement 21 et 22. La source de tension 10 alimente deux branches distinctes en parallèle. Une première branche est constituée par la mise en série de la diode 21 et du condensateur 20, et la seconde branche est constituce par la diode 22 et le condensateur 19 en série, une borne du condensateur 19 étant connactée à une borne du condensateur 20. La tension Us de sortie du doubleur 11 est collectée aux bornes du circuit formé par les deux condensateurs 19 et 20. Elle alimente la boucle principale, comprenant le transistor 12 et l'électroaimant 7. Le fonctionnement du doubleur de Latour 11 est connu en soi. Un micro-contrôleur 23 est pré w pour commander le fonctionnement de l'électroaimant 7. A cet effet, l'une, référencée 24, de ses sorties est relice à l'autre entrée de l'opérateur logique 18, par l'intermédiaire d'une minuterie 25. Cet opérateur logique 18 est du type " ET ", c'est-à-dire apte à vérifier le cumul de deux conditions. Plus précisément, il n'exécute l'ordre de maintenir fermé le transistor 12 que s'il reçoit cet ordre à la fois du comparateur 17 et de la minuterie 25. Le micro-contrôleur 23 est également prévu pour commander un ventilateur 26, une diode électro-luminescente 27 et un transistor 28, à partir d'un signal émis par une thermistance 29 formant moyen de mesure de la température dans le voisinage immédiat de la pointe 6. Plus précisément, dès que cette température a dépassé un premier seuil prédéterminé, il met en route le ventilateur 26, qui envoie de l'air sur la pointe-6 afin de la refroidir. I1 éteint ce ventilateur 26, une fois que la température mesurée par la thermistance 29 est passée en dessous d'un 7 283741 2 deuxième seuil prédéterminé, inférieur au premier seuil. Si cette température dépasse un troisième seuil au-delà duquel la pointe 6 risque de se détériorer rapidement, le micro- contrôleur 23 allume la diode électro-luminescente 27 et ferme un transistor 28 afin de signaler la présence d'un défaut. Le microcontrôleur 23 comporte des entrées 30 pour sa programmation et trois entrées 31 pour des instructions en provenance de l'unité de pilotage 3. A l' exception de la source de tension 10, les éléments constitutifs du circuit d'alimentation électrique 9, y compris l'opérateur logique 18, la minuterie 25 et le micro-contrôleur 23, sont implantés sur une carte 32, qui est installée dans le boîtier 4, c'est-à-dire à proximité de la tête 5. On va maintenant décrire le fonctionnement du circuit électrique 9 représenté à la figure 2 en négligeant l'effet de la résistance 15 dans la bouale principale précitée et en se référant également à la figure 3, laquelle illustre l'évolution, au cours du temps t, du courant I7 circulant dans l'électroaimant 7. Lorsque le micro-contrôleur 23 envoie l'ordre de maintenir ouvert le transistor 12, cet ordre est systématiquement transmis par la minuterie 25, PUiS par 1' opérateur logique 18, si bien qu'il parvient à ce transistor 12. On se trouve sur la portion C1 du graphe de la figure 3. Les condensateurs 19 et 20 se chargent jusqu'à ce que la tension Us à leurs bornes soit égale au double de l'amplitude de la tension alternative UE. Le courant dans la boucle principale étant nul, le comparateur 17 émet l'ordre de maintenir fermé le transistor 12, cet ordre n'étant pour l' instant pas transmis par l'opérateur logique 18. 8 2837412 Lorsque le micro-contrôleur 23 donne alors l'ordre de fermer le transistor 12, la minuterie 25 se déclenche et transmet cet ordre à lopérateur logique 18. Comme cet opérateur 18 reçoit l'ordre de fermer le transistor 12 à la fois de la minuterie 25 et du comparateur 17, il ferme ce transistor 12. La tension Us est appliquce aux bornes de l'électroaimant 7, dans lequel se déchargent les condensateurs 19 et 20. On se trouve alors sur la portion C2 de la courbe représentée à la figure 3. Comme la tension Us est nettement supérieure à la tension nominale de l'électroaimant 7, la puissance fournie à cet électroaimant 7 et donc l'accélération du noyau mobile 8 sont nettement supérieurs à ce qu'ils seraient si la tension appliquée aux bornes de cet électroaimant 7 étaient de l'ordre de sa tension nominale. Il s'ensuit que conformément au but de l' invention, le temps nécessaire pour propulser la pointe 6 est faible, et en particulier réduit par rapport à celui obtenu en utilisant celui des dispositifs de l' art antérieur mentionnés en préambule qui comprend un électroaimant. Par conséquent, il devient intéressant de piloter le marquage selon le mode précédemment qualifié de continu, ce qui signifie notamment que le micro-contrôleur 23 émet un signal périodique à destination du transistor 12. Sur une période T. ce signal comprend successivement un ordre de maintenir fermé et un ordre de maintenir ouvert le transistor 12. Sur la figure 3, la durée de l'ordre de maintenir fermé le transistor 12 et celle de l'ordre contraire sont respectivement notées aT et (1_aT). Tant qu'on se trouve sur la partie C2 de la courbe représentée à la figure 3, le courant I7 croît rapidement jusqu'à atteindre l'intensité maximale Im. A partir de cet instant, et tant que l'opérateur logique 18 reçoit de la minuterie 25 l'ordre de maintenir fermé le transistor 12, 9 2837412 le limiteur de courant 13 limite l'intensité du courant I7 à cette valeur maximale Im (portion C3 de la courbe représentée à la figure 3)et protège ainsi l'électroaimant 7 contre une surintensité qui le détériorerait. Ensuite, dès que l'opérateur logique 18 reçoit du micro-contrôleur 23, via la minuterie 25, l'ordre d'ouvrir le transistor 12, ce dernier est immédiatement ouvert et l'électroaimant 7 se démagnétise en générant un courant I7 qui passe dans la diode de roue libre 14 et décroît rapidement, ce qui correspond à la portion C4 de la courbe représentée à la figure 3. La période T est choisie pour avoir la fréquence de percussion voulue. Elle est comprise avantageusement entre 8 ms (millisecondes) et 100 ms, et de préférence entre 12 ms et 40 ms. Le rapport cyclique a détermine la durée durant laquelle on accélère le noyau mobile 8 et permet donc de régler l'énergie avec laquelle la pointe 6 percute la plaque à marquer 2. Bien entendu, le marquage peut également être piloté en mode point par point. Dans ce cas, le micro-contrôleur 23 ne commence à émettre l'ordre de maintenir le transistor 12 fermé qu'après que la tête 5 se soit arrêtée. La minuterie 25 agit comme une sécurité en cas de défaillance du microcontrôleur 23, en ne transmettant plus un ordre de maintenir fermé le transistor 12 au-delà d'une certaine durée prédéterminée. Outre qu'ils font partie du doubleur de tension 11, les condensateurs 19 et 20 sont également prow s pour emmagasiner une quantité suffisante d'énergie pour pouvoir libérer la puissance voulue, pendant la durée voulue, après que le micro-contrôleur 23 ait émis l'ordre de fermer le transistor 12. On notera que l'élévation de tension à l' aide du doubleur 11 permet d'emmagasiner cette quantité d'énergie au moyen de condensateurs 19 et 20 de capacité 2837412 moindre, ce qui présente l'avantage de permettre une diminution de l'encombrement de la carte 32. De plus, l' usage du doubleur de tension 11 permet d'utiliser une source 10 délivrant une tension Us suffisamment faible pour ne présenter aucun danger pour l'utilisateur (tension de sécurité), ce qui est d'autant plus intéressant que cette source 10 se trouve à l'extérieur de la machine 1, par exemple dans l'unité de pilotage 3. Parmi les avantages de l' invention, on notera qu'elle permet d' augmenter la puissance et donc l'énergie totale fournie au noyau mobile 8 et à la pointe 6, en prenant comme base de comparaison celui des dispositifs de l' art antérieur mentionnés en préambule qui contient un électroaimant. Cela vaut que l'on utilise le mode point par point pour piloter le marquage ou bien que l'on utilise le mode continu. Cet avantage permet, par exemple, d' augmenter la profondeur des traces d' impact en creux. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit précédemment. En particulier, le transistor 12 remplit une double fonction à l' aide de l'opérateur logique 18. D'une part, il fait partie du limiteur de courant 13. D'autre part, il fait partie du circuit de commande de l'alimentation de l'électroaimant 7. Par conséquent, ce transistor 12 et l'opérateur logique 18 peuvent être remplacés par deux interrupteurs commandés tels que des transistors, ces deux interrupteurs étant connectés en série avec l'électroaimant 7, dans la boucle principale, et commandés l'un directement par la minuterie 25 et l'autre par le comparateur 17. 11 2837412 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de marquage en creux par percussions successives, comprenant: - une pointe (6) de percussion d'un objet à marquer (2), - un électroaimant (7) de propuleion de la pointe de percussion (6), et - un circuit (9) d'alimentation électrique de l'électroaimant (7), ce circuit d'alimentation électrique (9) comprenant un interrupteur commandé (12) connecté en série avec l'électroaimant (7), caractérisé en ce que le circuit d'alimentation électrique (9) comporte des moyens (10, 11) pour appliquer, - 15 aux bornes de l'électroaimant (7), une tension (U7) supérieure à la tension nominale-de cet électroaimant (7), ainsi qu'un limiteur de courant (13), disposé pour maintenir l'intensité du courant (I7) dans l'électroaimant (7) en dessous d'un seuil prédéterminé (Im=,). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour appliquer une tension comprennent une source de tension (10) et un élévateur de tension (11) placé entre cette source de tension (10) et l'électroaimant (7), l'élévateur de tension (11) comportant deux condensateurs (19, 20) disposés pour stocker l'énergie en provenance de la source de tension (10) et pour restituer cette énergie à l'électroaimant (7). 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élévateur de tension (11) est un doubleur dit de Latour, la source de tension (10) étant destinée à fournir une tension alternative, lesdits condensateurs (19, ) étant connoctés pour se décharger par l'électroaimant (7). 12 2837412 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un opérateur logique (18) placé pour commander l'interrupteur commandé (12), le limiteur de courant (13) comportant cet interrupteur commandé (12), une diode de roue libre (14), une résistance en série avec l'électroaimant, des moyens pour générer une tension de référence (Ul6), un comparateur placé pour comparer la tension (U15) aux bornes de la résistance (15) à la tension de référence (U16)et pour délivrer à l'opérateur logique (18) un premier ordre de maintenir fermé l'interrupteur commandé (12) lorsque la tension (U15) aux bornes de la résistance (15) est inférieure à la tension de référence (Ul6), l'opérateur logique (18) étant prévu pour fermer -15 l'interrupteur commandé (12) uniquement s'il reçoit à la fois ce premier ordre et un deuxième ordre de maintenir fermé l'interrupteur commandé (12), la diode de roue libre (14) étant placée dans une boucle comprenant l'électroaimant (7) mais pas l'interrupteur commandé (12). 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (23) pour générer un signal périodique à destination de l'interrupteur commandé (12), ce signal ayant une période (T) sur laquelle il comprend successivement un ordre de maintenir fermé et un ordre de maintenir ouvert l'interrupteur commandé (12), cette période (T) étant comprise entre 8 ms et 100 ms. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une minuterie de sécurité (25) qui est placée en aval des moyens (23) pour générer le signal périodique et qui est prow e pour arrêter de transmettre, après une durée prédéterminée, l'ordre de maintenir fermé