Dans le but de réduire le poids, les entreprises aérospatiales s'orientent vers des matériaux plus exotiques. Bien que plus résistants et plus légers, ces matériaux sont également difficiles à usiner. Ils peuvent s'ébrécher, se fracturer ou brûler s'ils sont manipulés et usinés de manière incorrecte. Comme beaucoup d'entre eux sont des structures composites, il est possible que des dommages se produisent à l'intérieur, où ils ne peuvent être détectés qu'à l'aide de techniques d'inspection coûteuses.
La fibre de carbone en est un bon exemple. Généralement combinée dans un composite présentant un rapport résistance/poids très élevé, elle est exceptionnellement rigide et résistante, mais aussi cassante. Pour la maintenir en place lors d'opérations d'usinage secondaires, il faut contrôler très soigneusement les forces de serrage afin d'éviter d'endommager, voire d'écraser les pièces.
Problème
Un constructeur d'équipements de fabrication aérospatiale de précision concevait des machines CNC spécialisées pour percer des trous dans des composants longs et minces en composite de fibre de carbone. La nature de la pièce impliquait un serrage à chaque extrémité, à réaliser à l'aide de servomoteurs. Cependant, comme certaines variations de longueur des pièces étaient inévitables, le déplacement des pinces vers des positions fixes risquait d'endommager ou de faire tomber la pièce. Pour éviter cela, les concepteurs de la machine voulaient les manœuvrer de manière à obtenir une charge prédéterminée.
Afin de réduire au minimum la durée du cycle d'automatisation, ces moteurs déplaçaient rapidement les pinces avant de ralentir à 1/10e de pouce par seconde. Les servomoteurs sont capables de fournir une force de 200 à 300 livres, la machine devait donc détecter le début du serrage et arrêter les servomoteurs avant que les forces ne deviennent trop élevées.
Solution
Ce problème posait trois défis à OMEGA. Le premier était la nécessité d'intégrer un capteur de force de compression dans le système de serrage servo de la machine automatisée. Deuxièmement, comme le contrôleur de la machine serait éloigné du capteur de force, les signaux de sortie en millivolts devaient être amplifiés et conditionnés pour éviter toute dégradation affectant la précision. Et troisièmement, tout cela devait se faire suffisamment rapidement pour répondre aux exigences de vitesse et de temps de cycle du contrôleur d'automatisation.
Pour mesurer la force de serrage, OMEGA a proposé d'utiliser des cellules de charge subminiatures de la série LC201. D'un diamètre de seulement 19 mm (0,75") et d'une épaisseur de 6,4 mm (1/4"), ces cellules de charge mesurent à la fois les forces de compression et de traction jusqu'à 500 N (modèles métriques) ou 300 livres. Un câble blindé à quatre conducteurs gère à la fois la tension d'excitation et les signaux de sortie en millivolts. Pour faciliter l'installation, les cellules de charge sont équipées de deux goujons de montage et d'une structure en acier inoxydable qui les protège contre les dommages.
Un conditionneur de signal était nécessaire pour transmettre les signaux de sortie des cellules de charge au contrôleur de la machine. Cependant, les conditionneurs de signal conventionnels montés sur « DIN » n'offraient pas la vitesse nécessaire pour une commande de mouvement précise. OMEGA a donc recommandé le nouveau conditionneur de signal haute vitesse IN-UVI. Avec un temps de réponse de 200 μS, ce conditionneur garantissait que le contrôleur arrêtait le mouvement de serrage avant d'endommager la pièce.
L'IN-UVI est un conditionneur de signal en ligne à pont de Wheatstone, logé dans un boîtier compact en acier inoxydable IP65. Idéal lorsque l'espace est limité, il améliore le rapport signal/bruit, permettant d'envoyer les signaux millivolts du capteur de force sur de plus longues distances. Une tension d'alimentation de 22 à 32 Vcc fournit à la cellule de charge l'une des deux tensions d'excitation sélectionnables par l'utilisateur et amplifie le signal de sortie en millivolts pour répondre aux exigences du contrôleur.
Résultats
La solution de cellule de charge et de conditionnement de signal d'OMEGA a pleinement répondu aux besoins du client. Plus de 20 machines ont désormais été équipées de ce système de contrôle de la force de serrage. Chaque système utilise deux cellules de charge LC201 de 300 livres (pour la redondance) et deux conditionneurs de signaux IN-UVI. Fonctionnant à grande vitesse, ils fournissent les signaux nécessaires au contrôle précis de la force de serrage. Il en résulte une réponse plus rapide, une fiabilité accrue et, surtout, une réduction des dommages causés aux pièces.
Pinces Présentation des pinces
