Brevet FR2972665A1 — publié le 20120921

Procédé pour adapter automatiquement la vitesse de vissage d'un outil de vissage pour atteindre un couple de consigne par freinage anticipé. Le domaine de l'invention est celui de l'outillage. Plus précisément, l'invention concerne l'outillage industriel, et en particulier les outillages prévus pour exercer un vissage avec un couple déterminé. Dans le domaine de l'invention, les outils de vissage sont très largement utilisés dans le secteur industriel, que les outils soient fixes (ce qui comprend des outils montés sur des machines ou sur des manipulateurs) ou portatifs. Ces outils peuvent intégrer des moyens moteurs électriques ou pneumatiques selon les applications envisagées. De plus en plus fréquemment, les outils de vissage utilisés dans le domaine industriel intègrent des moyens ou sont reliés à des systèmes permettant d'assurer une traçabilité des opérations effectuées par l'outil, en assurant par exemple l'enregistrement de résultats tel que le couple final de vissage, l'angle final de vissage, la date et l'heure des opérations ou encore des courbes représentatives de la qualité (bonne ou mauvaise, en fonction de paramètres prédéterminés) du vissage effectué. Les outillages et/ou les systèmes de ce type permettent donc d'effectuer une gamme étendue d'opérations de paramétrage et de contrôle, ces opérations étant déterminantes pour s'assurer de la qualité des assemblages effectués. On comprend que, dans une approche industrielle visant la qualité des opérations et leur traçabilité, le couple de serrage ainsi que les données le concernant sont essentielles pour : - commander correctement les outils ; - réaliser des assemblages avec précision ; - obtenir un suivi des résultats de vissage. Actuellement, les outils de vissage sont donc classiquement équipés de moyens de mesure instantanés du couple de serrage, les données procurées par ces moyens de mesure étant utilisées par des moyens de contrôle du moteur de l'outil pour stopper celui-ci lorsque le couple de serrage final préalablement déterminé est atteint. De plus, il est courant que les outils de vissage soient conçus pour procéder en deux phases successives : - une première phase dite de pré-vissage, au cours de laquelle l'outil agit sur l'élément à visser à une vitesse élevée prédéterminée, ceci avec un faible couple ; - une deuxième phase, dite de serrage, au cours de laquelle l'outil agit sur l'élément à visser à une vitesse prédéterminée, moins élevée que dans la première phase, ceci avec un couple important. Par définition, la fin d'un vissage se traduit par l'arrêt en rotation de la vis. Toutefois, dans la pratique, la décision d'arrêt est déclenchée au franchissement d'un seuil correspondant à une condition de fin. Cette condition 15 de fin est soit : - un angle final compté à partir d'un seuil de courant ou de couple ; - un couple final, détecté soit par un capteur de courant étalonné, soit par un capteur de couple. 20 Par ailleurs, une visseuse électrique est composée de différents éléments qui peuvent être regroupés en trois sous-ensembles : - les éléments de commande ; - les éléments de conversion de l'énergie (hauteur, réduction...) ; 25 - les éléments de mesure (coupe, angle, courant, vitesse...). Chaque élément possède une inertie propre (mécanique ou électrique) et/ou un temps de rafraîchissement des mesures ou des calculs qui ralentit la réaction du sous-ensemble correspondant. Tant que les vitesses sont faibles, ces inerties et ces temps sont négligeables et la visseuse ne dépasse de manière 30 significative la condition de fin. 10 Mais dans certains cas pour des vitesses plus importantes, on déplore deux phénomènes : - un dépassement beaucoup trop important du couple de serrage final, ce qui conduit à une tension dans la visse bien supérieure à celle souhaitée ; ce phénomène est désigné par le terme anglais « overshooting » ; ce phénomène étant bien entendu tout à fait indésirable dans la mesure où il entraîne un risque d'endommagement de l'outil et/ou de l'assemblage sur lequel il opère ; - une dispersion qui augmente, nuisant à la capabilité de l' outil. Les causes de dispersion et de dépassement du couple sont décrites et analysées ci-après. Comme indiqué précédemment, on constate toujours un temps entre le 15 moment où la commande décide d'arrêter le moteur et le moment où le moteur est effectivement arrêté. Ceci est dû au fait que les systèmes du type visseuse/coffret d'asservissement sont des systèmes électromécaniques inertiels. 20 L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer un outil de vissage qui permette d'envisager la suppression du phénomène de dépassement de la condition de fin de vissage, ceci quels que soient les paramètres de vissage 25 (vitesse, couple, raideur de l'assemblage..). L'invention a également pour objectif de fournir un tel outil de vissage qui permette de réduire notablement les dispersions d'échantillonnage telles que définies précédemment. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints 30 grâce à l'invention qui a pour objet un procédé pour adapter automatiquement la 10 vitesse de vissage d'un outil de vissage pendant un cycle de vissage d'un assemblage, l'outil présentant une vitesse nominale et comprenant : - des moyens moteurs ; - des moyens de freinage ; - des moyens de mémorisation d'au moins une consigne de fin de serrage appartenant au groupe suivant : - couple ; - tension ; - angle ; - des moyens de mesure d'une valeur instantanée de serrage de même nature que ladite consigne de fin de serrage ; - des moyens de calcul ; caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - quantification et enregistrement d'au moins une grandeur physique caractérisant ledit assemblage, ceci sur une plage de temps bornée par un temps de début de plage taébut et par un temps de fin de plage tfin ; - détermination d'un moment m de début de freinage postérieur à tfin, auquel l'activation des moyens de freinage permet d'atteindre la consigne de fin de serrage à une vitesse inférieure à un niveau prédéterminée en considérant que ledit assemblage est caractérisé postérieurement à `fin par ladite grandeur déterminée entre taébut et tfin ; - activation des moyens de freinage au moment m. 25 Ainsi, un procédé prévu selon l'invention pour adapter automatiquement la vitesse de vissage d'un outil de vissage procure une méthode de calcul appliquée pendant la phase de vissage, cette méthode simulant un freinage, ceci en prenant en considération les caractéristiques (éventuellement évolutives) de l' assemblage. 20 Le procédé selon l'invention permet donc d'anticiper la commande d'arrêt pour finir le vissage exactement sous la condition de fin, c'est-à-dire sans dépassement du couple de serrage à atteindre. De plus, comme cela va apparaître plus clairement par la suite, le procédé selon l'invention permet de réduire la dispersion tout en conservant une fréquence faible d'échantillonnage des signaux. Un algorithme approprié d'exécution du procédé selon l'invention, appliqué pendant la montée en couple, permet de déterminer précisément le moment où on doit commander l'arrêt du moteur. Selon une première approche de l'invention, le procédé comprend les étapes de : - calcul, à partir de ladite valeur instantanée de serrage mesurée à un temps t postérieur à `fin, d'une valeur de serrage théorique de même nature que ladite consigne de fin de serrage atteinte à une vitesse inférieure à un niveau prédéterminée, après activation des moyens de freinage audit temps t, en considérant que ledit assemblage est caractérisé postérieurement à `fin par ladite grandeur déterminée entre taebut et tfin ; - activation des moyens de freinage si ladite valeur de serrage théorique est comprise dans une plage de tolérance prédéterminée autour de ladite consigne de fin de serrage. Selon cette approche, on simule un freinage à partir d'un état de serrage mesuré pendant le cycle de vissage, puis on observe si la valeur de serrage atteinte en fin de freinage est proche ou identique à la consigne de fin de serrage. 25 Selon une deuxième approche de l'invention, le procédé comprend les étapes de : - calcul, à un temps t postérieur à `fin, d'une valeur de serrage théorique de même nature que la consigne de fin de serrage, à partir de laquelle une activation des moyens de freinage permet 30 d'atteindre, à une vitesse inférieure à un niveau prédéterminée, 20 la consigne de fin de serrage, en considérant que ledit assemblage est caractérisé postérieurement à `fin par ladite grandeur déterminée entre taebut et tfin ; - activation des moyens de freinage si ladite valeur de serrage théorique calculée au temps t, est atteinte. Selon cette approche, on prend comme données d'entrée la consigne de fin de serrage et on calcule à partir de quel état de serrage pendant le cycle de vissage, l'activation des moyens de freinage permettrait d'atteindre ladite consigne de fin de serrage. Selon un premier mode de réalisation de l'une ou l'autre de ces approches, ladite valeur de serrage théorique est calculée pour atteindre après activation des moyens de freinage, une vitesse nulle. Selon un deuxième mode de réalisation de l'une ou l'autre des deux approches de l'invention, ladite valeur de serrage théorique est calculée pour atteindre, après activation des moyens de freinage, une vitesse inférieure à 5% de la vitesse nominale de l'outil. Dans le cas de la première approche, ladite étape d'activation des moyens de freinage est préférentiellement réalisée si ladite valeur de serrage théorique est comprise entre 95 et 105 % de la consigne de fin de serrage. Selon l'une ou l'autre des deux approches de l'invention, au moins ladite étape de calcul est avantageusement répétée pendant le cycle de vissage, ladite étape de quantification pouvant également être répétée pendant le cycle de vissage. Dans ce cas, ladite étape de calcul éventuellement ladite étape de quantification sont répétées à intervalles de temps réguliers, ces intervalles de temps étant préférentiellement compris entre 25 ps et 1200 ps. L'invention concerne également un produit programme destiné à être exécuté par un microprocesseur ou un ordinateur, comprenant des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre du procédé décrit précédemment. L'invention concerne aussi un moyen de stockage lisible par un microprocesseur ou un ordinateur, stockant un programme d'ordinateur comprenant un jeu d'instructions exécutable par un microprocesseur ou un ordinateur pour mettre en oeuvre le procédé décrit précédemment. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de deux modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une courbe illustrant le déroulement d'un procédé selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une courbe illustrant le déroulement d'un procédé selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Tel qu'indiqué précédemment, l'invention concerne un procédé pour adapter automatiquement la vitesse de vissage d'un outil de vissage présentant 15 une vitesse nominale (c'est-à-dire une vitesse de rotation maximale, imposée par le moteur de l'outil et généralement fournie par le concepteur de l'outil), un tel outil comprenant classiquement : - des moyens moteurs, destinés à entraîner en rotation, le plus souvent par l'intermédiaire d'une réduction, un embout de vissage ; - des moyens de freinage, susceptibles soit d'inverser le courant fourni au moteur pour freiner celui-ci, soit de faire varier le courant fourni au moteur en vue de diminuer la vitesse de celui-ci ; - des moyens de mémorisation d'au moins une consigne de fin de serrage, cette consigne de fin de serrage pouvant être un couple, une tension (force de traction engendrée par l'assemblage), ou un angle, voire une combinaison de ces paramètres ; - des moyens de mesure d'une valeur instantanée de serrage de même nature que la consigne de fin de serrage (c'est-à-dire apte 20 25 30 à être comparée à la consigne de fin de serrage : un couple si la consigne de fin de serrage est un couple, un angle si la consigne de fin de serrage est un angle, une tension si la consigne de fin de serrage est une tension...) ; - des moyens de calcul, constitués en pratique classiquement par un microprocesseur. En référence à la figure 1, un procédé pour adapter automatiquement la vitesse de vissage d'un tel outil comprend, selon une première approche de l' invention : - une étape de quantification et d'enregistrement d'au moins une grandeur physique caractérisant l'assemblage en cours de réalisation, ceci sur une plage de temps bordée par un temps de début de plage taébut et par un temps de fin de plage tfiu ; - une étape de calcul, à partir d'un couple instantané C; mesuré à un temps t postérieur à `fin, d'un couple de serrage théorique noté Ct atteint à une vitesse inférieure à une niveau prédéterminé après activation des moyens de freinage au temps t, en considérant que l'assemblage est caractérisé après le temps tfin par la grandeur déterminée entre taébut et tfin (simulation de la courbe de freinage au temps t étant appliqué pour une vitesse instantanée Vi correspondant au temps t pour lequel le couple instantané est mesuré) ; - une étape de comparaison du couple théorique Ct avec le couple de consigne de fin de serrage Cc ; - une étape d'activation des moyens de freinage si la valeur C,est comprise dans une plage de tolérance prédéterminée autour de la consigne de fin de serrage Cc. En référence à la figure 2, on décrit un deuxième mode de réalisation d'un procédé pour adapter automatiquement la vitesse de vissage d'un outil de vissage, selon un deuxième mode de réalisation. Le procédé illustré par cette figure comprend : - une étape de quantification et d'enregistrement d'au moins une grandeur physique caractérisant l'assemblage, sur une plage de temps bornée par un temps de début de plage taébut et par un temps de fin de plage tfin ; - une étape de calcul, à un temps t postérieur à `fin, d'un couple de serrage théorique Ct à partir de laquelle une activation des moyens de freinage permet d'atteindre, à une vitesse inférieure à un niveau prédéterminé, le couple de fin de serrage Cc, en considérant que l'assemblage est caractérisé postérieurement à tfin par la grandeur déterminée entre taébut et tfin ; - une étape d'activation des moyens de freinage quand le couple théorique Ct calculé au temps t est atteint. On note que, dans l'un ou l'autre des modes de réalisation qui viennent d'être décrits, la consigne de fin de serrage est un couple, la valeur théorique de serrage calculée et éventuellement la valeur de serrage instantanée mesurée étant par conséquent des couples (pour pouvoir être comparés à la consigne de fin de serrage). Comme déjà mentionné précédemment, si la consigne de fin de serrage est un angle ou une tension, la valeur de serrage théorique calculée et éventuellement la valeur instantanée mesurée sera, en correspondance, respectivement un angle ou une tension. On note de plus que, dans l'un ou l'autre des modes de réalisation qui viennent d'être décrits, le procédé pour adapter automatiquement la vitesse de vissage d'un outil de vissage pendant un cycle de vissage d'un assemblage présente une approche commune consistant à réaliser les étapes de : - quantification et enregistrement d'au moins une grandeur physique caractérisant l'assemblage, ceci sur une plage de temps, éventuellement glissante ; - détermination d'un moment m de début de freinage ultérieur à la plage de temps, et pour lequel l'activation des moyens de freinage permet d'atteindre une consigne de fin de serrage à une vitesse inférieure à un niveau prédéterminé en considérant que l'assemblage est caractérisé postérieurement à la plage de temps considérée par la grandeur déterminée sur la plage de temps considérée ; - activation des moyens de freinage au moment m déterminé. Un procédé selon l'invention peut être réalisé selon différents paramètres, à savoir : - le couple théorique Ct (ou toute autre valeur de serrage théorique) est calculé pour atteindre, après activation des moyens de freinage, une vitesse soit nulle soit inférieure à 5% de la vitesse nominale de l'outil ; - l'étape de calcul, ainsi que l'étape de quantification et d'enregistrement d'une grandeur physique caractérisant 15 l'assemblage, sont répétées pendant le cycle de vissage, ceci à intervalles réguliers avec des intervalles de temps compris entre 25 ps et 1200 ps. En outre, dans le cas du premier mode de réalisation illustré par la figure 1, l'étape d'activation des moyens de freinage est réalisée si le couple théorique 20 calculé est compris entre 95% et 105% du couple de fin de serrage. Le principe de l'invention réside donc dans une méthode de calcul impliquée pendant la phase de vissage, permettant de déterminer un paramètre ou une combinaison de paramètres (couple, angle de vissage...) permettant de stopper le moteur à un moment correspondant à la consigne de fin de serrage, 25 ceci en compensant et/ou en anticipant l'inertie des moyens moteurs de l'outil. Le but de cette méthode est donc de déterminer le moment où il faut commander l'arrêt du moteur. On a vu qu'on pouvait déterminer moteur (t) pendant le freinage. On connaît alors l'angle ou le temps nécessaire pour arrêter le moteur. On peut donc anticiper la commande d'arrêt. 10 Dans un cas classique, on a un dépassement de la condition d'arrêt de ^ moteur (t) : De plus, on connaît les grandeurs propres à l'outil et à la stratégie de freinage. Selon le principe de l'invention, on mesure la raideur avec les échantillons de couple et d'angle pris pendant la montée en couple. Ainsi, pour une condition de fin c ou Cc connue, on peut déterminer une condition d'arrêt anticipé. Une telle méthode permet donc de savoir très précisément à quel moment on veut commander ce freinage. Or, il existe également une perte de précision inhérente à la technologie numérique : on ne sait pas commander en dehors des moments où la mesure est échantillonnée. Un système auquel s'applique l'invention, peut être discrédité en blocs. Un exemple de discrétisation du système comprend : - une partie capteur ; - une partie électronique ; - une partie motrice ; - une partie transmission ; - et la vis elle-même. Chaque bloc possède les trois propriétés suivantes : - ils sont liés à un ou plusieurs autres blocs par des grandeurs qui varient au cours du temps ; - ils possèdent chacun des paramètres physiques qui leur sont propres, et généralement indépendants du temps ; - leur comportement est régis par des équations classiques de la mécanique (tel que le principe fondamental de la dynamique, les lois de la cinématique ou le principe de conservation de l'énergie), de l'électromagnétisme (les lois de Maxwell...) ou de l'électronique. Chaque bloc est relié à un ou plusieurs autres blocs par des paramètres tels que, dans un système selon l'invention, le couple, l'angle, la vitesse angulaire, l'accélération angulaire... pour ce qui concerne les blocs mécaniques. Le bloc « partie motrice » et le bloc « partie électronique » peuvent être reliés par des paramètres tel que le courant, la tension.... Le bloc « partie électronique » et le bloc « capteur » peuvent être reliés par un paramètre tel que le signal. Dans l'exemple du système selon l'invention, les paramètres physiques qui caractérisent chaque bloc sont les suivants : - pour le capteur : linéarité, constante de temps, rapport signal/bruit... ; - pour la partie électronique : les fréquences d'échantillonnage, les fréquences de rafraîchissement de la commande, le filtre sur les signaux... ; - pour la partie motrice : la constante de couple, l'inertie, la résistance de phase, l'inductance de phase, le rendement... ; - pour la partie transmission (on pratique la réduction) : le rapport de réduction, le rendement, l'inertie... ; - pour la vis : la raideur et le comportement plastique, les coefficients de friction (tête et filet), l'inertie... Dans un tel ensemble de bloc, on peut donc déterminer un ensemble d'équations représentatives du comportement du système. Pour des conditions initiales données, et pour des paramètres physiques déterminés, la résolution de ces équations permet de prévoir le comportement du système pour les instants qui suivent la dernière mesure du capteur. Les méthodes de résolution numérique qui permettent d'obtenir l'anticipation de l'arrêt moteur selon la méthode de l'invention sont connues de l'homme du métier, au même titre que les équations classiques de la mécanique, de l'électromagnétisme ou de l'électronique mentionnées précédemment. En outre, une deuxième composante de l'invention permet de réduire la dispersion, ceci en conservant une fréquence faible d'échantillonnage des signaux. Cette deuxième composante est obtenue par l'exécution d'un algorithme qui s'applique également pendant la montée en couple et qui permet de déterminer précisément le moment où l'on doit commander l'arrêt du moteur. Un tel algorithme permet de compenser la perte de précision inhérente à la technologie numérique, ceci ayant pour conséquence que l'arrêt moteur ne peut être commandé en dehors des moments où la mesure est échantillonnée. 10 15 20 25 REVENDICATIONS1. Procédé pour adapter automatiquement la vitesse de vissage d'un outil de vissage pendant un cycle de vissage d'un assemblage, l'outil présentant une 5 vitesse nominale et comprenant : - des moyens moteurs ; - des moyens de freinage ; - des moyens de mémorisation d'au moins une consigne de fin de serrage appartenant au groupe suivant : - couple ; - tension ; - angle ; - des moyens de mesure d'une valeur instantanée de serrage de même nature que ladite consigne de fin de serrage ; - des moyens de calcul ; caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - quantification et enregistrement d'au moins une grandeur physique caractérisant ledit assemblage, ceci sur une plage de temps bornée par un temps de début de plage taébut et par un temps de fin de plage tfin ; - détermination d'un moment m de début de freinage postérieur à tfin, auquel l'activation des moyens de freinage permet d'atteindre la consigne de fin de serrage à une vitesse inférieure à un niveau prédéterminée en considérant que ledit assemblage est caractérisé postérieurement à `fin par ladite grandeur déterminée entre taébut et tfin ; - activation des moyens de freinage au moment m. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes 30 de :- calcul, à partir de ladite valeur instantanée de serrage mesurée à un temps t postérieur à `fin, d'une valeur de serrage théorique de même nature que ladite consigne de fin de serrage atteinte à une vitesse inférieure à un niveau prédéterminée, après activation des moyens de freinage audit temps t, en considérant que ledit assemblage est caractérisé postérieurement à `fin par ladite grandeur déterminée entre taebut et tfin ; - activation des moyens de freinage si ladite valeur de serrage théorique est comprise dans une plage de tolérance prédéterminée autour de ladite consigne de fin de serrage. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - calcul, à un temps t postérieur à `fin, d'une valeur de serrage théorique de même nature que la consigne de fin de serrage, à partir de laquelle une activation des moyens de freinage permet d'atteindre, à une vitesse inférieure à un niveau prédéterminée, la consigne de fin de serrage, en considérant que ledit assemblage est caractérisé postérieurement à fin par ladite grandeur déterminée entre taebut et tfin ; 20 - activation des moyens de freinage si ladite valeur de serrage théorique calculée au temps t, est atteinte. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ladite valeur de serrage théorique est calculée pour atteindre, après activation des moyens de freinage, une vitesse nulle. 25 5. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ladite valeur de serrage théorique est calculée pour atteindre, après activation des moyens de freinage, une vitesse inférieure à 5 % de la vitesse nominale de l'outil. 6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite étape 30 d'activation des moyens de freinage est réalisée si ladite valeur de serrage 10 15théorique est comprise entre 95 % de ladite consigne de fin de serrage et 105 % de la consigne de fin de serrage. 7. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'au moins ladite étape de calcul est répétée pendant le cycle de vissage. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite étape de quantification est également répétée pendant le cycle de vissage. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que ladite étape de calcul et éventuellement ladite étape de quantification sont répétées à intervalles de temps réguliers. 10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les intervalles de temps sont compris entre 25 ps et 1200 ps. 11. Produit programme destiné à être exécuté par un microprocesseur ou un ordinateur, caractérisé en ce qu'il comprend des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre du procédé selon au moins une des revendications 1 à 10. 12. Moyen de stockage lisible par un microprocesseur ou un ordinateur, stockant un programme d'ordinateur comprenant un jeu d'instructions exécutables par un microprocesseur ou un ordinateur pour mettre en oeuvre le procédé selon au moins une des revendications 1 à 10.20