[0001] La présente invention concerne un dispositif de marquage en creux par percussions
successives.
[0002] 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.
[0003] La propulsion 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de marquage en creux par percussions
successives, comprenant :
- une pointe de percussion d'un objet à marquer,
- 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 protéger
l'électroaimant en maintenant l'intensité du courant dans cet électroaimant en dessous
d'un seuil prédéterminé.
[0007] 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'entraînement 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.
[0008] Le dispositif de marquage représenté à la figure 1 comprend une machine 1 de marquage
d'objets telle qu'une 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.
[0009] 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.
[0010] 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 U
E 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 où se succèdent en série notamment l'électroaimant
7 et un interrupteur commandé, formé par un transistor 12.
[0011] La source de tension 10 et le doubleur de tension 11 sont choisis de telle manière
que la tension U
S en sortie du doubleur 11 soit sensiblement supérieure à la tension nominale de l'électroaimant
7. Cette tension de sortie U
S peut par exemple être de l'ordre de plusieurs fois la tension nominale de l'électroaimant
7.
[0012] 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.
[0013] Le transistor 12 fait partie d'un limiteur de courant 13, qui est prévu pour limiter
l'intensité du courant I
7 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 référence U
16, 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 U
16 à la tension U
15 aux bornes de la résistance 15. La sortie du comparateur 17 est reliée indirectement
à l'électrode de commande, ou grille, du transistor 12. Plus précisément, elle est
reliée à l'une des deux entrées d'un opérateur logique 18, dont la sortie est reliée
à l'électrode de commande du transistor 12.
[0014] La tension de référence U
16 est choisie de manière à être égale à la tension U
15 mesurée aux bornes de la résistance 15 quant cette dernière est traversée par un
courant ayant l'intensité maximale I
max que le limiteur de courant 13 permet de ne pas dépasser dans la boucle principale.
Si le courant I
7 dans l'électroaimant 7 est inférieur à I
max, la tension U
15 aux bornes de la résistance 15 est inférieure à la tension de référence U
16 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.
[0015] La résistance 15 (shunt de mesure) n'étant là que pour permettre de mesurer l'intensité
du courant I
7 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 manière que la tension U
15 à ses bornes soit négligeable ou faible devant la tension U
S en sortie du doubleur 11.
[0016] 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 constituée
par la diode 22 et le condensateur 19 en série, une borne du condensateur 19 étant
connectée à une borne du condensateur 20. La tension U
S 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.
[0017] Un micro-contrôleur 23 est prévu pour commander le fonctionnement de l'électroaimant
7. A cet effet, l'une, référencée 24, de ses sorties est reliée 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.
[0018] 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. Il éteint ce ventilateur 26, une fois que la température mesurée
par la thermistance 29 est passée en dessous d'un 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.
[0019] Le micro-contrôleur 23 comporte des entrées 30 pour sa programmation et trois entrées
31 pour des instructions en provenance de l'unité de pilotage 3.
[0020] 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.
[0021] 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 boucle principale précitée
et en se référant également à la figure 3, laquelle illustre l'évolution, au cours
du temps t, du courant I
7 circulant dans l'électroaimant 7.
[0022] 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 l'opérateur
logique 18, si bien qu'il parvient à ce transistor 12. On se trouve sur la portion
C
1 du graphe de la figure 3. Les condensateurs 19 et 20 se chargent jusqu'à ce que la
tension U
S à leurs bornes soit égale au double de l'amplitude de la tension alternative U
E. 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.
[0023] Lorsque le micro-contrôleur 23 donne alors l'ordre de fermer le transistor 12, la
minuterie 25 se déclenche et transmet cet ordre à l'opérateur 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 U
S est appliquée aux bornes de l'électroaimant 7, dans lequel se déchargent les condensateurs
19 et 20. On se trouve alors sur la portion C
2 de la courbe représentée à la figure 3.
[0024] Comme la tension U
S 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.
[0025] 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 αT et (1-αT).
[0026] Tant qu'on se trouve sur la partie C
2 de la courbe représentée à la figure 3, le courant I
7 croît rapidement jusqu'à atteindre l'intensité maximale I
max. 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, le limiteur de courant 13 limite l'intensité
du courant I
7 à cette valeur maximale I
max (portion C
3 de la courbe représentée à la figure 3)et protège ainsi l'électroaimant 7 contre
une surintensité qui le détériorerait.
[0027] 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 I
7 qui passe dans la diode de roue libre 14 et décroît rapidement, ce qui correspond
à la portion C
4 de la courbe représentée à la figure 3.
[0028] 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 α 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.
[0029] 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.
[0030] La minuterie 25 agit comme une sécurité en cas de défaillance du micro-contrôleur
23, en ne transmettant plus un ordre de maintenir fermé le transistor 12 au-delà d'une
certaine durée prédéterminée.
[0031] Outre qu'ils font partie du doubleur de tension 11, les condensateurs 19 et 20 sont
également prévus 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 moindre, ce qui présente l'avantage de permettre une diminution
de l'encombrement de la carte 32.
[0032] De plus, l'usage du doubleur de tension 11 permet d'utiliser une source 10 délivrant
une tension U
S 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.
[0033] 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.
[0034] 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.
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 propulsion 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,
aux bornes de l'électroaimant (7), une tension (U
7) supérieure à la tension nominale de cet électroaimant (7), ainsi qu'un limiteur
de courant (13) disposé pour protéger l'électroaimant (7) en maintenant l'intensité
du courant (I
7) dans cet électroaimant (7) en dessous d'un seuil prédéterminé (I
max).
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'électroaiman (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, 20) étant
connectés pour se décharger par l'électroaimant (7).
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 (U16), 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 (U16), l'opérateur logique (18) étant prévu pour fermer 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 prévue pour arrêter de transmettre, après
une durée prédéterminée, l'ordre de maintenir fermé l'interrupteur commandé (12).