Brevet FR2891914A1 — publié le 20070413

Problème technique Il est courant d'utiliser l'énergie électrique pour réaliser des actions mécaniques pures ou destinées à délivrer des doses de liquide sous forme de jets plus ou moins pulvérisés. Les dispositifs électro-mécano-hydrauliques (DEMH en abrégé), c'est-à-dire les dispositifs qui délivrent des doses de liquide, sont souvent sophistiqués et précis dans leur réalisation, et de ce fait très prédisposés à des dysfonctionnements. La liste des domaines d'application de ces dispositifs est considérable. Elle contient entre autres, et à titre non restrictif, les doseurs de laboratoires, certains instruments de soins dentaires, les injecteurs de quantités calibrées de colorants de base pour les nuances de peinture, les injecteurs de carburant dans les moteurs, les diffuseurs de parfums d'ambiance, les générateurs d'ondes acoustiques sous-marines, type sonar, etc. Pour certains d'entre eux, il serait extrêmement utile de pouvoir, surtout de manière préventive, en contrôler le bon fonctionnement sous peine de mauvais résultats ou de risques de ruptures internes et même de dégâts occasionnés par leur mauvais fonctionnement. En pratique les défauts majeurs de fonctionnement sont l'encrassement, l'usure, le grippage, qui apparaissent progressivement, selon que l'usage et l'entretien plus ou moins bien pratiqué. La solution généralement apportée actuellement est le remplacement pur et simple du dispositif, des lors que l'on a constaté (donc a posteriori) les dégâts occasionnés qui peuvent être importants, matériellement. Pour éviter le coût et le désagrément d'un tel remplacement, on peut penser à améliorer l'entretien ou le contrôle, mais il apparaît en pratique que cela implique des temps d'inutilisation que l'on cherche à minimiser pour des raisons évidentes de productivité. L'invention a pour objet un procédé pour diagnostiquer les dysfonctionnements d'un dispositif électro-mécanique hydraulique (DEMH) d'une façon simple et rapide, tout en le faisant fonctionner dans sa situation physique habituelle, donc sans manipulation particulière de démontage/montage/réglage visant à examiner ses constituants internes. Elle vise en particulier à diagnostiquer et distinguer des situations d'encrassement, ou d'usure ou de grippage, qui sont les trois principaux types de défauts. L'invention vise ainsi à pouvoir préconiser une intervention curative appropriée et en vérifier les effets par un nouveau diagnostic. Elle vise en outre à ne préconiser le changement que s'il est nécessaire, ce qui est particulièrement important lorsque plusieurs DEMH sont utilisés en parallèle et que l'on ne sait lequel d'entre eux est responsable de mauvais résultats globaux ; on peut citer, à titre d'exemples non limitatifs : - les mélanges de colorants pour les peintures ; - les dosages de composants pour les produits pharmaceutiques. PRINCIPE DE L'INVENTION L'invention propose ainsi un procédé (REV1). Ainsi, quelque soit la façon normale dont le dispositif est actionné électriquement (que ce soit en tension électrique ou en courant, que ce soit sous forme de modulation d'amplitude ou non, que ce soit sous forme de courant (ou tension) alternatif ou par impulsions, l'invention enseigne d'appliquer, pour le diagnostic, un régime de commande impulsionnel, susceptible de le faire fonctionner en respectant les ordres de grandeur de courant, ou tension d'origine. La durée et l'amplitude de ces impulsions sont avantageusement choisies de façon à provoquer un déplacement mécanique interne de butée à butée, et retour. Le rythme de ces impulsions (leur fréquence) est de préférence 30 choisi de façon à ne pas provoquer d'affolement du dispositif, donc de façon à assurer un temps de repos entre chacune d'entre elles. Il faut noter que certains DEMH fonctionnent par construction en régime impulsionnel, ce qui évite d'avoir à le substituer à un autre mode de commande. Le principe de diagnostic repose sur l'analyse de forme de l'évolution des signaux de tension électrique aux bornes de l'actionneur du DEMH en régime impulsionnel tel que décrit précédemment. Cette forme est constante, lorsque l'électronique de commande est correcte. Elle ne l'est plus dès lors que la partie mécano-hydraulique n'est plus parfaite. Plus précisément, l'analyse de forme porte sur l'amplitude d'un pic de tension très bref qui se produit systématiquement lors de l'établissement (ou de la coupure) du courant, ou de la tension de commande, selon le schéma électrique et électronique utilisé. Le pic est soit la manifestation d'une excitation par choc au sens de la physique, due à l'impédance qui conditionne la relation entre tension et courant, lors de l'établissement du courant, ou de la tension, soit la manifestation de la libération d'une énergie stockée pendant l'action elle-même, lors de la suppression de l'excitation électrique (le pic apparaît donc au début ou à la fin de l'impulsion). L'impédance et l'énergie citées ne sont pas purement électriques car 20 s'y rajoute une partie de nature motionnelle propre à l'assemblage mécano-hydraulique. Ces deux valeurs physiques se manifestent en même temps que leur homologues électriques, en raison du couplage matériel (c'est-à-dire de la liaison mécanique entre les pièces mobiles et l'actionneur électrique), lequel est 25 la condition du fonctionnement de l'ensemble. L'actionneur se comporte alors en transducteur (transformateur mécanique û électrique). L'invention est fondée sur la constatation qu'il y a une corrélation entre les défauts possibles (en particulier l'encrassement, l'usure, ou le grippage), qui influent sur les valeurs observables de l'impédance et de 30 l'énergie stockée, et l'amplitude des pics mesures. En effet, il a pu être constaté que chacun de ces défauts agit d'une façon spécifique sur les pics de sorte qu'on peut identifier ce défaut en procédant à l'observation d'un nombre important de pics successifs surgissant à chaque impulsion de commande de l'actionneur. Il mérite d'être noté que l'impédance et l'énergie stockée varient de façon identique donc les conclusions sont les mêmes sur les amplitudes des pics, quelque soit la source de leur manifestation. C'est ainsi qu'il a été constaté plus précisément que : l'encrassement, frottement léger, visqueux et erratique provoque une fluctuation de l'amplitude d'un pic à l'autre ; l'usure provoque une diminution des frottements donc une diminution de l'amplitude, éventuellement lentement variable (en raison de la variation lente de position de billes de clapets sur leur siège, par exemple) provocant une oscillation au sein d'une pluralité de mesures de pic ; le grippage, dû à la formation de pellicules dures diminuant les jeux mécaniques, provoque une augmentation pratiquement constante pendant la mesure, des frottements, donc du pic. Il a ainsi pu être procédé à une corrélation entre les effets sur l'amplitude du pic et les calculs effectués à l'issue des mesures, d'où des résultats représentatifs de chacun des trois défauts. En fait, l'amplitude des pics peut varier sensiblement d'une impulsion à l'autre, au point de cacher le défaut qui existe, mais selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la mesure de l'amplitude des pics découle de calculs statistiques réalisés sur des séries importantes de mesures précises d'amplitude des pics. Pour ce faire, la stabilité de mesure analogique doit en pratique être assurée à 0,5 % au minimum pendant la série. Bien entendu la précision de la conversion analogique-numérique des résultats des mesures avant transfert au microprocesseur de calculs doit respecter la précision ci-dessus. Un convertisseur analogique numérique à 11 bits convient. Une façon de procéder aux calculs peut être résumée comme suit, en prenant avantageusement un nombre important de mesures successives (quelques centaines par exemple) de façon à obtenir une précision statistique satisfaisante (cela peut prendre un temps n'excédant pas de beaucoup la minute, d'où un diagnostic très rapide). On mesure une grandeur E comme étant le rapport entre la somme, pour n mesures, de l'écart (en valeur absolue) entre deux mesures successives de l'amplitude de pic, et de la somme des diverses mesures successives. On comprend aisément que cette grandeur caractérise les fluctuations entre les mesures successives. On mesure une grandeur V* comme étant la moyenne des n mesures de l'amplitude de pic. Cette grandeur peut être comparée à une valeur 10 de référence, en pratique la valeur à neuf Vo du dispositif. Lorsqu'on ne dispose pas de la valeur à neuf, on peut prendre comme valeur de référence la valeur moyenne d'autres DEMH utilisés en parallèle. On mesure une grandeur U comme étant le rapport entre la somme, 15 pour les n mesures, de l'écart (en valeur absolue) entre la mesure de l'amplitude et la valeur moyenne V* précitée, et de la somme des diverses mesures successives. Cette grandeur caractérise l'amplitude de la fluctuation, éventuellement lente, de l'amplitude du pic, au cours des n mesures. On mesure le rapport G entre la valeur moyenne V* et la valeur de 20 référence Vo. Sur la base de ces grandeurs, on peut reconnaître : - un encrassement lorsque la grandeur E dépasse un seuil donné, - une usure lorsque la valeur moyenne G devient sensiblement inférieure à la valeur à neuf Vo et lorsque la grandeur Udevient 25 significative, - un grippage lorsque la grandeur G dépasse un seuil. On procède en pratique, pour chaque type de DEMH, à un étalonnage du niveau de risque acceptable, consistant à déterminer des seuils numériques pour E, U et G (il y a deux seuils, inférieur et supérieur) tolérables, 30 au-delà desquels on estime qu'une intervention est nécessaire pour le type de DEMH examiné. Lorsque le diagnostic a détecté un problème, on déclenche une intervention curative préalablement choisie, voire on décide d'un remplacement pur et simple. Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre illustratif non limitatif, donnée en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma représentant des impulsions en courant que l'invention préconise d'appliquer à un dispositif dont on veut diagnostiquer le fonctionnement, - la figure 2 est un schéma représentant des impulsions de tension, dans un premier cas de structure existante de circuit d'alimentation en impulsions, - la figure 3 est un schéma représentant des impulsions de tension, dans un autre cas de structure existante du circuit d'alimentation en impulsions, - la figure 4 est un schéma représentant l'évolution de l'amplitude de pic observée pour une succession d'impulsions identiques, en cas d'un défaut d'encrassement, - la figure 5 est un schéma représentant l'évolution de l'amplitude de pic observée pour une succession d'impulsions identiques, en cas d'un défaut d'usure, - la figure 6 est un schéma représentant l'évolution de l'amplitude de pic observée pour une succession d'impulsions identiques, en cas d'un défaut de grippage, et - la figure 7 est un schéma d'un dispositif de mesure adapté à mettre en oeuvre le procédé de l'invention. Les figures 1, 2 et 3 illustrent le cas où le DEMH est actionné par le courant (effet électromagnétique). Dans le cas où il serait actionné par l'application d'une tension (effet piézau-électrique), il apparaît également un pic superposé au moment de l'établissement de celle-ci dont l'origine physique est la même, telle que décrite ci-après. L'origine des pics d'amplitude dans l'alimentation électrique d'un dispositif electro-mécano-hydraulique peut se comprendre si l'on considère que l'actionneur électrique d'un tel dispositif agit à l'encontre d'une masse ayant une inertie et soumise à des frottements, à des rappels élastiques et à une pression résistante. En effet, les forces s'équilibrent à chaque instant, et notamment à travers le déplacement de la pièce mobile et de masses de liquide sous pression, tout en bandant des éléments élastiques. Tout déplacement induit une force contre-électromotrice (donc une tension électrique) aux bornes de l'actionneur, qui s'ajoute aux consignes électriques de commande. Cette tension prend l'allure d'un pic (lors de sollicitations impulsionnelles) dont l'amplitude dépend notamment des frottements et de la pression interne qui conditionnent la mobilité de la pièce mobile. Selon l'invention, on tire profit de l'observation du pic pour remonter aux conditions motionnelles (donc qui interviennent lors du mouvement), en procédant à une série enchainée de sollicitations impusionnelles. Il suffit alors de relier la nature des défauts à détecter et identifier, en pratique l'un, voire l'ensemble, des défauts d'encrassement, d'usure ou de grippage, aux effets spécifique qu'ils induisent sur la tension de commande. Il a été observé, selon l'invention, que : le frottement plus ou moins visqueux dû à l'encrassement est faible et erratique et induit des fluctuations rapides de l'amplitude des pics, le frottement dû au grippage est élevé et sensiblement constant, et induit une augmentation de la valeur moyenne de l'amplitude des pics, la perte de pression oscillante par fuite, due à l'usure entraîne une diminution de la valeur moyenne de l'amplitude des pics et induit une dispersion de l'amplitude instantanée des pics autour de cette valeur moyenne. La figure 1 représente l'allure normale des impulsions de courant électrique : elles peuvent être de forme trapézoïdale, avec donc une amplitude suffisante entre les fronts ascendant et descendant, lesquels sont raides. Les figures 2 et 3 représentent les formes observées pour la tension électrique, en fonction de la structure du circuit électrique d'alimentation de l'actionneur considéré : selon cette structure, les pics apparaissent au début (figure 2) ou en fin de l'impulsion de tension (figure 3). L'invention s'applique indifféremment aux deux cas, de sorte que la structure du circuit électrique n'est pas un paramètre qu'il est nécessaire de déterminer pour pouvoir appliquer l'invention. Les figures 4 à 6 représentent de manière schématique les variations que présente l'amplitude de ces pics au cours de sollicitations successives, lorsque des défauts de fonctionnement apparaissent. La figure 4 représente l'allure de l'évolution de cette amplitude en cas d'encrassement : on observe de fortes fluctuations, d'une sollicitation à l'autre, généralement autour d'une valeur moyenne qui peut être de l'ordre de la valeur nominale (ou valeur de référence) Vo de cette amplitude. La figure 5 représente l'allure de l'évolution de cette amplitude en cas d'usure : on observe que cette allure présente des fluctuations lentes, autour d'une valeur moyenne qui est inférieure à la valeur nominale Vo. La figure 6 représente l'allure de l'évolution de cette amplitude en cas de grippage : on observe que l'amplitude, éventuellement constante, est sensiblement supérieure à la valeur nominale Vo. Selon l'invention on réalise un diagnostic des défauts d'un dispositif électro-mécanique- hydraulique (DEMH) par l'analyse de forme de son comportement électrique tout en le faisant fonctionner dans son emplacement habituel. ; il s'agit d'un procédé non destructif permettant de remédier à ces défauts avant qu'ils ne provoquent des dégâts regrettables. Selon ce procédé, on commande électriquement le DEMH en lui appliquant des impulsions (de tension ou de courant) brèves, si ce n'est déjà son mode de fonctionnement, afin de provoquer des sollicitations de choc électrique génératrices de pics de tension (en début ou en fin d'impulsion) dont on observe l'allure par mesure de leurs amplitudes au cours de sollicitations successives. Plus précisément, on répète rapidement les sollicitations afin de recueillir en un temps court, typiquement de l'ordre de la minute, suffisamment de mesures afin de procéder à des calculs, avantageusement de type statistiques, sur les amplitudes mesurées de ces pics successifs. Selon divers aspects de l'invention, on relie les degrés d'encrassement, d'usure ou de grippage d'un DEMH à la façon dont évolue l'amplitude des pics de tension qui se manifestent tout au long d'une série de sollicitations successives : le calcul de la fluctuation de l'amplitude de pic, d'un pic à l'autre, fournit un indice d'encrassement, tandis que le calcul de la dispersion à plus longue période fournit un premier indice d'usure. La détection d'une valeur moyenne d'amplitude de pic inférieure à la valeur de référence d'un DEMH neuf (ou en tout cas en bon état) fournit un indice supplémentaire de fuite du à l'usure. Par contre, la détection d'une valeur moyenne d'amplitude de pic supérieure à la valeur de référence d'un DEMH neuf fournit un indice de grippage. On définit par étalonnage, de manière empirique des seuils pour ces paramètres et on déclenche une action (nettoyage ou autre intervention préventive, ou au contraire un remplacement du DEMH avant qu'il ne conduise à des dégradations. L'invention peut être mise en ceuvre par un dispositif léger, d'encombrement réduit, portable et facile d'emploi. L'invention met en ceuvre un générateur d'impulsions de tout type connu approprié, de sorte que celui-ci ne sera pas ici décrit plus en détails. Quant au dispositif de mesure des effets de ces impulsions il s'agit d'un appareil de mesure autonome, peu encombrant et léger dont la figure 7 donne une représentation schématique, à titre d'exemple. Ce dispositif comporte un boîtier 10 muni d'un afficheur 11 pour présentation du menu et des résultats numériques permettant le diagnostic. Le boîtier tient dans une main (il peut être de la taille du double d'un paquet de cigarettes). L'intérieur du boîtier rassemble, de façon extrêmement compacte : - Les composants électroniques de mesure analogique de la tension et du courant, schématisés sous la référence 12, - des circuits logiques permettant de sélectionner les pics recherchés parmi des parasites éventuels qui ne seraient pas synchrones avec l'apparition ou la disparition du courant, schématisés sous la référence 13, - un convertisseur analogique numérique (CAN) suffisamment précis (un convertisseur à 11 bits convient) au vu des faibles fluctuations de la tension pic à mesurer numériquement, schématisé sous la référence 14, - un microprocesseur programmé de façon à effectuer l'enregistrement des mesures successives, ainsi que les calculs à effectuer, ainsi que les fonctions de gestion de l'affichage, schématisé sous la référence 15, une alimentation stabilisée interne fonctionnant sur piles, ou prélevant son énergie sur le secteur (cas représenté), ou sur une batterie extérieure, schématisée sous la référence 15. Ce boîtier est connecté, par ses composants 12, à deux conducteurs 16 et 17 de prélèvement de la tension et du courant, blindés de préférence pour la protection contre les parasites électromagnétiques rayonnés. Ces conducteurs sont terminés par des éléments de connexion au DEHM ; le prélèvement de la tension peut s'effectuer à l'aide de pique-fils ou de pinces crocodiles entre les bornes d'alimentation et l'actuateur du DEMH ; le prélèvement du courant peut s'effectuer à l'aide d'une pince ampèremétrique. Le boîtier comporte avantageusement un bouton poussoir 18 permettant, après les branchements électriques, le démarrage du dispositif et son fonctionnement automatique jusqu'à la fourniture des résultats.25 REVENDICATIONS 1. Procédé pour diagnostiquer les défauts de fonctionnement d'un dispositif électro-mécano-hydraulique, selon lequel on applique à ce dispositif, monté dans sa configuration de service, une succession d'impulsions de courant (ou de tension) électrique identiques, on détecte l'évolution de l'amplitude maximale des impulsions de tension résultantes et on identifie un défaut de fonctionnement de ce dispositif lorsqu'une grandeur caractéristique de cette évolution dépasse un seuil prédéterminé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée de ces impulsions sont choisies de façon à provoquer, au sein du dispositif électro-mécano-hydraulique un déplacement mécanique interne de butée à butée, et retour. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence de ces impulsions est choisie de façon à assurer un 15 temps de repos entre chacune d'entre elles. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la succession d'impulsions dure de l'ordre de la minute. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la succession d'impulsions compte quelques centaines 20 d'impulsions. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on reconnaît un défaut d'encrassage au fait que l'évolution de l'amplitude maximale mesurée présente des fluctuations significatives d'un pic à l'autre. 25 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on reconnaît un défaut d'usure au fait que la valeur moyenne de l'amplitude maximale pour la pluralité d'impulsions est inférieure à une valeur de référence. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 30 caractérisé en ce que l'on reconnaît un défaut d'usure au fait que l'amplitude maximale présente une fluctuation au cours de la pluralité d'impulsions. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on reconnaît un défaut de grippage au fait que la valeur moyenne de l'amplitude maximale pour la pluralité d'impulsions est supérieure à une valeur de référence. 10. Procédé selon la revendication 7 ou la revendication 9, caractérisé en ce que la valeur de référence est choisie comme étant l'amplitude maximale du dispositif à l'état neuf, ou celle d'un dispositif identique en bon état.10