FR 2050468 A1 19710402 FR 7024196 A 19700630 70 24196 i 2050468 La présente invention a trait à une machine à découper suivant gabarit, notamment du type utilisant un chalumeau coupeur pour retirer d'une feuille de métal un flan conforme â un "gabarit optique". 5 II est devenu de pratique courante de monter un ou plusieurs chalumeaux oxycoupeurs sur une machine, de façon que le mouvement de la machine amène le chalumeau à suivre un contour déterminé et par conséquent à découper un flan conforme dans une feuille de métal placée convenablement par rapport au chalumeau. 10 Comme machines de la sorte, on peut citer celles qui sont montées sur deux glissières ou voies et sont ordinairement désignées sous le nom de "machines entraînées suivant coordonnées" et aussi des machines dites à ^autographes" où les chalumeaux sont montés sur des bras articulés. 15 Pour pouvoir commander la forme du flan à découper dans un matériau en feuille, il est devenu de pratique courante dans l'art antérieur de commander le mouvement du chalumeau en suivant le contour d'un gabarit préétabli. Ce gabarit peut être constitué par une plaque découpée suivie par un palpeur ou suiveur 20 mécanique, par un gabarit magnétique suivi par un palpeur ou suiveur magnétique ou, eoarne c'est le cas ici, par un gabarit optique suivi par un palpeur ou suiveur optique. L'une des méthodes âsuelles d'entraînement du mécanisme consiste à amener une roulette de friction à rester en contact 25 avec une surface parallèle à celle du gabarit à suivre et à celle de la feuille de matériau à découper, à entraîner la roulette à vitesse constante fonction de celle de coupe de l'organe à découper et en même temps à orienter la roulette en fonction du contour à découper. Si l'on maintient la roulette tangente au contour à dé-30 crire au moyen d'un dispositif approprié suiveur de gabarit, et si on 1'entraîne à vitesse constante convenable, la roulette suit une trajectoire qui correspond aU contour voulu. Les méthodes de l'art antérieur permettant d'arriver à cette fin consistaient â orienter la roulette â la main tout au 35 long du contour. Si le chalumeau est mécaniquement accouplé à la roulette de façon à décrire un contour identique à celui suivi par la roulette, il es^Amené â découper le matériau en un contour iden 70 2419^ 2 20 50'-6 8 tique à celui du gabarit. Des perfectionnements ont été apportés à cet équipement en remplaçant l'oeil humain par un dispositif photo-électrique. Ce dispositif photo-électrique observe alors le gabarit de façon à se 5 maintenir automatiquement, en position constamment tangentielle par rapport à ce gabarit. La position angulaire ou orientation du dispositif optique est utilisée pour orienter la roulette d1 entraînement. Pour que le dispositif photo-électrique demeure au-dessus du gabarit on voit qu'il est nécessaire qu'une droite joignant l'axe 10 d'orientation de la roulette d'entraînement et l'axe d'orientation du dispositif photo-ëlectrique reste parallèle à une direction de référence du gabarit. Cette nécessité sera plus facile à saisir si l'on considère par exemple une machine entraînée suivant coordonnées 15 et qui consiste en un chariot monté de façon à pouvoir se déplacer dans une direction unique, par exemple dans une direction X, sur un pont qui de son côté est monté de façon à pouvoir se déplacer dans une direction perpendiculaire à la précédente, par exemple dans une direction Y. Si le dispositif photo-électrique qui est à maintenir 20 tangent au contour suivi, et la roulette d'entraînement à friction qui doit imprimer au chariot sa direction et sa vitesse, sont montés sur le chariot et sont accouplés de façon à maintenir la mime direction tangentielle, le contour décrit par la roulette est recopié par le dispositif photo-électrique qui de ce fait est main-25 tenu au-dessus du gabarit. Des machines du type que l'on vient de décrire sont bien connues et d'emploi courant. Mais il existe un autre type de machine désigné généralement sous le nom de "machine à bras articulé" et qui comporte un simple bras articulé à l'extrémité 30 duquel est monté un chalumeau-coupeur. Les efforts faits pour utiliser une machine de ce type à suivre un gabarit se sont limités à des cas simples où le gabarit est disposé au-dessus du chalumeau et où la roulette d'entraînement est d'axe coïncidant avec celui du chalumeau. On a utilisé dans l'art antérieur des palpeurs ma-35 nuels pour des machines de ce type mais on ne dispose pas à ce jour, pour elles de suiveur automatique photo-électrique. On aura une meilleure compréhension de l'art antérieur visé ainsi que de l'invention à/ÎLecture de la description qui suit, 70 24196 3 2050468 en s* référant aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1e st une vue schématique partielle par le dessus d'une machine à bras articulé de l'art antérieur j - la figure 2 est une vue en coupe de la machine de la 5 figure 1, prise suivant la ligne 2-2 de cette figure j - la figure 3 est une vue schéiatique partielle par le dessus d'une machine suivant l'invention j - la figure ij. est une vue en coupe de la machine de la figure 3, prise suivant la ligne de cette figure ; 10 - la figure 5 est une vue en coupe d'une tête suiveuse photo-électrique et d'un mécanisme d'entraînement suivant l'invention ; - la figure 6 est une vue de détail en coupe d'un élément de l'ensemble de la figure 5 J 15 - 1* figure 7 est un diagramme de blocs de la circui- terie de la machine. Considérant tout d'abord les figures 1 et 2, on voit qu'elles représentent très schémfciquement une maehine dont le bras articulé comporte deux barres 8, 9, articulées entre elles en 10 20 et montées rotatives autour d'un axe 11, A l'extrémité de la barre 9 est monté un chalumeau-coupeur 12 à gaz, et directement au-dessus de celui-ci et coaxialement à lui, une pointe suiveuse 13, Le matériau à découper, par exemple une feuille de métal 1i|., est convenablement posé sur un chantier 15» et le gabarit à suivre est 25 porté par la face inférieure de la table 16, On peut ainsi déplacer à la main la pointe 13, en lui faisant suivre le contour du gabarit, à vue directe ou par t out autre moyen convenable, ce qui fait que si le chalumeau 12 est en route, il découpe dans la feuille 1Ij. un flan dont la forme est déterminée par celle du gabarit fixé à la 30 table 16. Si l'on remplace maintenant la pointe suiveuse 13 par une roulette à friction d'entraînement, il est possible d'orienter la roulette de façon â lui faire suivire le gabarit. Il n'est cependant pas pratique comme on le verra d'observer le gabarit par des moyens photo-électriques, au même point que celui de contact de la 35 roulette. Aussi faut-il que la roulette soit placée par côté du point d'observation photo-électrique. Mais comme on lra déjà indiqué, pour que dans une machine de ' ce type, le point d'observation 24196 k 2050468 photo-électrique soit maintenu en bonne position par rapport au gabarit à suivre, il espècessaire que le chalumeau, l'axe d'orientation de la roulette d'entraînement et le point d'observation photo-électrique suivent tous correctement des trajectoires iden-5 tiques et qu'une droite joignant l'axe d'orientation du dispositif d'observation photo-électrique et l'axe d'orientation de la roulette soit maintenue parallèle à une direction déterminée 1 II convient également de remarquer que le g abarit est monté à la face inférieure de la table, ce qui est nettement peu commode, 10 La figure 3 représente une machine à bras articulé suivant l'invention. Ici encore la machine comporte deux barres 1?» 18 articulées entre elles en 19 et montées rotatives autour d'un axe 20, Hais la barre 18 est constituée par un élément en TT comme le montre plus clairement la figure !{.. La branche supérieure 15 21 de cet élément supporte un dispositif photo-électrique 22 suiveur de gabarit et la branche inférieure 23» le chalumeau découpeur 214.. Une table 25 supporte le gabarit à suivre et un chantier 26, une feuille 27 de matériau à découper. Le chantier 26 peut également constituer le socle d'une colonne 28 sur laquelle est monté l'axe 20. 20 On se r eportera maintenant à la figure 5 qui représente de façon plus détaillée les éléments du dispositif photo-électrique suiveur 22. La roulette d'entraînement à friction précitée est désignée par 29 î elle est entraînée du fait qu'elle est rigidement montée sur un axe 30 sur lequel est calée une roue 31* La roue 31 25 est en contact de friction avec la face frontale d'une roue dentée 32 qui est elle-même entraînée par un pignon 33 monté sur l'arbre d'un moteur 3^4-» La roue dentée 32 est montée rotative dans un logement 35 de l'équipement, grâce à un moyeu tubulaire 36, tenu par des roulements 37» 38 montés dans le logement 35» Un dispositif photo-30 el&trique d'observation 39 est monté entre les roues 29 et 31 ; il consiste en un bloc i+O, visible plus clairement à la figure 6, et dans lequel sont disposées deux cellules photo-électriques ij.1, if2. Une ampoule I4.3 est également montée sur le bloc ij-0. L'ensemble du bloc lj.0, des cellules et de l'ampoule, est monté de façon à pouvoir 35 être réglé en position en direction transverse au moyen d'une tige filetée Ifl}. que l'on peut faire tourner à la main au moyen d'un bouton moleté lj5 fixe en direction axiale mais libre de tourner dans 70. 24196 2050468 un ensemble orientale lj.6. Cet ensemble orientable à son tour est monté rotatif dans le moyeu 36 au moyen d'un arbre creux ij.7. Cet arbre est creux pour pouvoir laisser passer les conducteurs électriques nécessaires à la tête suiveuse et qui montent dans l'espace 5creux de l'arbre pour être connectés à diverses bagues de contact glissantvB ij.8, lj.9, 50, etc, montées sur isolant à l'extrémité supérieure de l'arbre i|;7. Les contacts glissants peuvent être réalisés au moyen de balais 51» 52, 53* etc, qui relient la tête suiveuse à d'autres composants du système. L'extrémité supérieure de l'arbre 10 li-7 est reliée au moteur 5^ par un accouplement 55. En se reportant maintenant â la figure 7» on voit que les signaux de sortie deç^ellules I4.I, jj.2 sont transmis à un convertisseur 56 qui les transforme en signaux utilisables par l'amplificateur 57» dont les signaux de sortie à leva» tour sont transmis au 15 moteur réversible 51-4-• Une source convenable d'alimentation par exemple de 110 volts 50Hz est connectée aux bornes 58 et l'énergie correspondante est transmise par un élément de commande 59 à l'amplificateur 57 et au moteur d'entraînement 3l\., Sur la figure 7, les lignes de connexion correspondantes sont représentées par des con-20 ducteurs uniques. Il doit être entendu cependant que chacune des lignes de connexion peut être constituée en fait par plusieurs conducteurs et comporter des éléments de contacts glissants tels que bagues J4.8 et balais 51 • Pour exposer le mode de fonctionnement de la machine, 25 on supposera qu'elle a la structure représentée aux figures 3 et Ij., un gabarit convenable étant posé sur la surface 25 et une source convenable d'alimentation connectée aux bornes 58. L'ampoule I4.3 éclaire le gabarit posé sur la surface 25» Le-lumière émise par l'ampoule I4.3 est réfléchie vers les cellules Ij.1, ij.2 et la quantité 30 de lumière réfléchie est déterminée peu? la nature et la position du gabarit observé par les cellules. Si l'on suppose que les aires couvertes par les cellules Ij.1, ij.2 ne coïncident pas complètement et que le gabarit est constitué par une ligne dont le coefficient de réflexion est différent de celui de la surface sur laquelle elle 35 est tracée et se trouve quelque part dans le champ de "vision" d'au moins une des cellules, les signaux de sortie des deux cellules diffèrent si la ligne de gabarit n'est pas positionnée de la même façon 70 2419 6 2050468 dans les champs de vision des deux cellules. Si l'on suppose que l'on se trouve dans de telles conditions et que les deux cellules li-1, lj.2 ont des signaux de sortie différents, ces signaux transmis au convertisseur 56 donnent des signaux d'une première caractéris-5 tique si la cellule lj.2 est plus éclairée par le gabarit que la cellule 1^.1 et d'une seconde caractéristique dans le cas contraire. Ces signaûx de caractéristiques opposées, par exemple de polarités opposées sont transmis à l'amplificateur 57* dont les signaux de sortie sont transmis au moteur 5^4-, en amenant ce moteur à tourner 10 dans un sens ou dans l'autre suivant la caractéristique des signaux transmis à 1'amplificateur et avec une vitesse qui est fonction de la différende de valeur des deux signaux produits par les cellules U.1, ij.2 respectivement. Il en résulte que le moteur 51j. tourne avec une vitesse et dans un sens qui sont fonctions du degré de recouvre-15 ment du gabarit par le champ de vision de la cellule l(.1, comparé au degré de recouvrement du gabarit par le champ de vision de la cellule l\2.t Comme on le verra plus loin* le moteur 51+- est mécaniquement accouplé au mécanisme I4.6 qui oriente la roulette 29 et, une fois tous les composants convenablement orientés amène la roulette 29 20 â rester parallèle à la tangente au gabarit. Le mode d* fonctionnement complet de cette partie de la machine ne sera pas exposé ici car des suiveurs phote-électriques du môme type sont bien connus de l'homme de l'art, qui utilisent une ou plusieurs photo-cellules ainsi que la circuiterie et l'équi-25 pement associés. Il suffit que les surfaces photosensibles soient correctement situées entre les roues 29, 31 et soient sensiblement sur l'axe d'orientation des roues. Ceci peut être réalisé par exemple en disposant matériellement les c ellules en cet endroit ou en les reliant optiquement au même endroit par fibres optiques. Les 30 roues sont orientées par le moteur et sont entraînées par 3e moteur 3^-» L'alimentation électrique venant des bornes 58 est transmise par l'élément de commande 59 au moteur 3lj-« 1,1 élément de commande 59 permet à l'opérateur de régler la vitesse de rotation du moteur 3^- et peut permettre aux signaux provenant du convertisseur 35 de commander également soit la vitesse du moteur 3^ soit son fonctionnement. Quand le moteur 3^ tourne il entraîne le pignon 33 lequel à son tour entraîné la roue dentée 32» Comme là roue 31 est ê 70 24196 7 2050468 en contact de friction avec la surface frontale de laroue 32, la rotation du moteur 3lj- entraîne la roue 31 laquelle à son tour entraîne la roulette 29. La roulette 29 à son tour est en contact avec la surface 25 sur laquelle est posé le gabarit. Comme on l'a 5 déjà indiqué, la roue est orientée par le moteur 5lf et maintenue jtangentiellement au gabarit. Comme elle est entraînée à une vitesse déterminée par le moteur 3ij. elle amène la tête suiveuse 22 à progresser au long de la surface 25 dans une direction déterminée par le gabarit et avec une vitesse constante déterminée par la vitesse 10 du moteur 3ÎW On observera que la roulette 29 est excentrée par rapport à l'axe d'oeientation et que les dispositifs photo-électriques sont également légèrement excentrés par rapport au même axe. La raison de ces deux excentrements est claire pour 1'.homme de l'art Une explication peut en être trouvée par exemple dans la demande de 15 brevet canadien 772,895. On observera qu'en faisant coïncider les axes d'orientation des photo-cellules et des roues d'entraînement, la nécessité qu'une droite joignant ces deux axes reste parallèle à une direction de référence, cesse d*être un problème et q,ue l'on n'a 20 pas besoin d'utiliser un pantographe ou un mécanisme à axes parallèles. Dans la mesure où le moteur d'orientation fait tourner les photo-cellules il fait tourner pareillement la roulette d'entraînement et la t ête 22 suit le gabarit à une vitesse déterminée par celle de rotation de la roulette d'entraînement. En même temps et 25 comme le bras supérieur 21 est rigidement accouplé au bras inférieur 23, le chalumeau 2Lj_ suit le même contour que la t ête suiveuse 22. De cette façon, quand le chalumeau est en route il découpe dans le matériau 27 un flan de même forme que celle du gabarit posé sur la surface 25» 30 Bien que la description qi i précède se soit limitée à une forme déterminée de madhine correspondant à une foime préférée de réalisation, il doit être entendu que la coïncidence des axes d'orientation de la roialette d'entraînement et de la tête suiveuse photo-électrique est la caractéristique essentielle de l'invention. 35 Différents modes de fonctionnement de latête suiveuse, d'agencement de la tête et du chalumeau peuvent être envisagés, qui restent du domaine de l'invention, mais il sera toujours nécessaire que les axes précités coïncident.11 doit aussi être souligné que pour que 70 24196 8 2050468 ces deux axes coïncident, le po$nt de contact de la roulette d'entraînement 29 ne peut se trouver sur l'axe d'orientation et doit en conséquence être disposé par côté, à la manière décrite et représentée. 24196 9 2050468 RE7EHDICATI0N3 1. Machine suiveuse d'un gabarit et comportant une roulette d'entraînement à friction ainsi qu'une tête suiveuse à dispositif comportant au moins une cellule photo-électrique, 5 caractérisée par le fait que ladite roulette est montée rotative autour d'un axe d'orientation pour pouvoir être orientée et est conçue pour rester en contact avec une surface d'entraînement, en un point écarté de celui d'intersection dudit axe d'orientation et de la surface d'entraînement, par le fait que la tête suiveuse 10 ®st conçue pour observer sur un gabarit posé sur la surface d'entraînement, une certaine position de surface, immédiatement adjacente au point d'intersection, et par le fait que la machine comporte en outre des moyens d'orienter la portion de surface autour de l'axe d'orientation, de façon qu'une droite joignant un point de ladite 15 portion de surface et le point d'intersection soit maintenue parallèle à la tangente au gabarit dans la portion de surface* 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le dispositif photo-électrique est situé sur l'axe d'orientation. 20 3* Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladistance entre le point de contact d'entraînement de la roulette et le point d'intersection est telle qufelle permet de compenser la variation de vitesse qui, autrement, sersâfc introduite par l'orientation de la portion de surface. 25 k» Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la roulette et le dispositif photo-électrique sont montés pour pouvoir être entraînés en rotation autour de l'axe d'orientation par un moteur d'orientation commun. 5. Machine selon la revendication Ij., caractérisée par 30 le fait que le moteur d'orientation est alimenté en fonction des signanc lumineix reçus par le dispositif photo-électrique. 6. ^achine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la roulette est agencée de façon à être orientée par in moteur d'orientation autour d'un axe d1orientation et entraîné 35 par une surface d'entraînement en un point écarté d'un certain côté du point d'intersection de l'axe d'orientation et de la surface d'entraînement, par le fait que ladite tête suiveuse à dispositif 70 24196 10 2050468 photo-électrique comporte une paire de cellul* i photo-électriques montées au voisinage de la roulette de façon à tourner en même temps que celle-ci autour de l'axe d'orientation et agencées de façon à observer une portion de la surface d'entraînement englobant 5> une portion de gabarit optique entourant le point d'intersection et paijle fait que la machine comporte en outre des moyens de tirer et et de traiter les signaux émis par les cellules et d'utiliser le résultat de la c omparaison desdits signaux pour commander le moteur d'orientation de façon qu'une droite joignant le centre de la 10 portion de surface au point d'intersection fasse un angle constant avec latangente au gabarit dans la position de surface.