EP0205355A1 - Dispositif de nettoyage de pièces mécaniques par ultrasons - Google Patents

Dispositif de nettoyage de pièces mécaniques par ultrasons Download PDF

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EP0205355A1
EP0205355A1 EP19860400820 EP86400820A EP0205355A1 EP 0205355 A1 EP0205355 A1 EP 0205355A1 EP 19860400820 EP19860400820 EP 19860400820 EP 86400820 A EP86400820 A EP 86400820A EP 0205355 A1 EP0205355 A1 EP 0205355A1
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EP
European Patent Office
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transducers
ultrasonic wave
tank
power
generating
Prior art date
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EP19860400820
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EP0205355B1 (fr
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Jean-Jacques Imbault
Bernard Lefevre
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OMEGA TECHNOLOGIES
Original Assignee
OMEGA TECHNOLOGIES
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/34—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
    • G10K11/341—Circuits therefor
    • G10K11/346—Circuits therefor using phase variation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K13/00—Cones, diaphragms, or the like, for emitting or receiving sound in general

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for cleaning mechanical parts by ultrasound.
  • the parts to be cleaned are placed in a tank containing a bath or cleaning agent in which an ultrasonic wave is generated intended to cause in the bath mechanical disturbances.
  • These mechanical disturbances reaching the part or parts to be cleaned cause, in relation to the cleaning agent, pickling of the free surface of the parts by detaching surface particles from the material constituting the part, or traces of finishing materials for machining, fats, glues or the like.
  • the electro-acoustic transducers used must therefore be supplied with high level electrical energy throughout the duration of the cleaning treatment, which leads to high electrical power levels due to the modest efficiency, of the order of 66%, of the cir transducer feeders when the latter, according to the conventional technique, are directly excited from a sinusoidal alternating signal.
  • the present invention aims to remedy the aforementioned drawbacks by the implementation of a device and a method in which the level of electrical power necessary for the excitation of the transmitter transducers is significantly reduced compared to the devices of the prior art for a similar power level in the vicinity of the part to be cleaned.
  • Another object of the present invention is the implementation of a device and a method of ultrasonic cleaning of a significantly improved yield.
  • Another object of the present invention is the implementation of an ultrasonic cleaning device and method in which, due to the focusing of the ultrasonic wave beam, great flexibility in using the device or the process is obtained, the cleaning of the parts can advantageously be programmed in cleaning sequences by specific zones of the part to be cleaned.
  • the device for cleaning mechanical parts by ultrasound comprises a tank intended to receive a cleaning agent in which a piece P to be cleaned is immersed, the tank being provided with electro-acoustic emitting transducers capable of generating power ultrasonic waves within the cleaning agent.
  • the device of the invention is remarkable in that it comprises means for generating periodic electrical signals intended to supply the transducers and means for regulating the power and the frequency of the ultrasonic wave emitted by the transmitting transducers.
  • Means for focusing the beam resulting from the ultrasonic wave emitted by the emitting transducers allow the focusing and / or the deflection of the resulting beam towards the part to be cleaned.
  • the invention finds application in all the machining processes of parts prior to steps such as chrome plating or the like.
  • the device for cleaning mechanical ultrasonic parts shown in FIG. 1, object of the invention comprises a tank 1 intended to receive a cleaning agent in which a part P to be cleaned is immersed.
  • the cleaning agents which can be used are those already mentioned above in the description.
  • the tank 1 is provided with transmitting electro-acoustic transducers capable of generating ultrasonic mechanical power waves within the cleaning agent.
  • the emitting transducers referenced T i are shown arranged in a particular arrangement on a wall of the tank, the wall 10 constituting the bottom of the latter.
  • the power required by the ultrasonic waves to obtain a satisfactory cleaning effect depending on the cleaning agent chosen as mentioned above must be between 1 and 5 Watts / cm2 of the surface of the part to be cleaned.
  • the device also comprises means 3 for generating electrical signals periodicals intended to supply the emitting transducers and means 5 for regulating the power of the ultrasonic wave emitted by the transmitters and means 4 for regulating the frequency of the emission of the ultrasonic wave. All of the aforementioned means allow fine regulation of the ultrasonic power or the ultrasonic power density emitted or to which the part to be cleaned is actually subjected during treatment.
  • Means 6 for focusing the beam resulting from the ultrasonic wave emitted by the electroacoustic transducers also come out in order to ensure the focusing and / or the deflection of the resulting beam towards the part P to be cleaned. It will be understood that the focusing and / or deflection of the resulting beam ultimately allows the localization of the ultrasonic energy emitted in an area delimited substantially by a solid angle in a determined direction. The location of the emission energy consequently allows a reduction in the electrical energy necessary to supply the transducers for obtaining an energy density in the localized area of emission sufficient for obtaining 'A satisfactory cleaning compared to the known devices of the prior art. In FIG. 1, the drive power stages of the transducers are not shown. A particular configuration of the network of transmitter transducers 2 will now be described in connection with FIG. 2.
  • the network 2 of transmitting transducers can be constituted by a set of transducers distributed in a plane according to a rectangular mesh network comprising M columns of transducers aligned parallel to a first reference direction Ox and N lines of transducers arranged parallel to a second direction Oy perpendicular to the first direction Ox.
  • the network 2 thus comprises M x N transmitting transducers, the center of the network corresponding substantially to a transducer is denoted 0 and the order of a line is denoted m, m between 1 and M, the order of a column being denoted n, n being between 1 and N.
  • the transmitting transducers T The transmitting transducers T.
  • any point F of the space exposed to the radiation of the network will thus be identified in spherical coordinates by the parameters 80 angle of OF, Oz and angle of Ox with the projection of OF onto the plane Ox, Oy containing the network 2.
  • the interference field of the set of sources at point F is given by the relation I below: in which A represents the emission amplitude of an emitting transducer, ⁇ the wavelength of ultrasonic emission in the propagation medium constituted by the cleaning agent.
  • the maximum field that is to say the maximum density of ultrasonic energy at point F is obtained when the parameters 8 0 and ⁇ 0 verify the relationship II below:
  • This new relation II then makes it possible to define the direction, defined by the guiding parameters ⁇ 0 , ⁇ 0 in which the resulting radiated field is maximum, this direction being analyzed as the intersection of a first cone of axis Ox of half -angle at the top ao and a second cone with axis Oy, with a half-angle at the top ⁇ o, these cones being defined by the above-mentioned relation II.
  • phase shifts ⁇ x and fy necessary to obtain a maximum field at a point F located in a direction of guiding parameters ⁇ 0 , ⁇ 0 are given for the directions Ox and Oy of the network by the relation III below:
  • the sign - indicates that the maximum field direction is inclined towards the negative phases, that is to say the delays with respect to the phase of the center O of the network.
  • the maximum resulting field value obtained is equal to M x N x A where M x N is the total number of sources or transmitters and A the amplitude radiated by a transmitter.
  • the concentration or localization of radiated ultrasound energy in the direction d' réelle 0 , ⁇ 0 above will be called focusing or deflection.
  • the distance d separating the transmitters from the network can be chosen so as to eliminate the second order focusing which can be obtained.
  • the distance d satisfies the relation IV: in which 6 m represents the maximum admissible value for the half-angles at the top of the cones defining the direction of the maximum field with respect to the axes Ox and Oy already mentioned.
  • the device of the invention due to the focusing of the ultrasonic energy in a preferred direction, makes it possible to carry out a concentration of this ultrasonic energy in the localized area cited above.
  • This focusing has the effect of causing in particular in the vicinity of the part to be cleaned a series of overpressures and depressions in the propagation medium constituted by the cleaning agent, which have the effect, in connection with this cleaning agent, of pickling of the workpiece surface.
  • the stripping phenomenon is in fact obtained by a phenomenon analogous to a cavitation phenomenon due to the overpressures and depressions generated, which causing turbulence around the resulting beam in the vicinity of the impact on the part, causes the latter to be cleaned.
  • the propagation of ultrasound in the propagation fluid or cleaning agent causes the formation of bubbles which implode under the action of ultrasonic acoustic pressure.
  • This implosion generates a very large shock wave.
  • This phenomenon known as cavitation originates in certain zones, functions of parameters such as, frequency of emission, power, temperature.
  • the emission frequency of the ultrasonic waves is taken to be equal to or greater than 20 kHz.
  • the transducers T i are fixed to the wall 10 of the tank projecting relative to the latter.
  • the transducers constituted substantially by a sandwich of piezoelectric ceramic and vibrating metallic masses were fixed on a diaphragm integral with the wall of the tank at one end of the metallic masses.
  • the mechanical vibration of the vibrating masses is maximum at the free ends of the vibrating masses and minimum or zero in the center, that is to say at the level of the junction of the two piezoelectric ceramic pellets.
  • transducers are perfectly known from the state of the art.
  • the necessary connection of the free end of a vibrating mass to the diaphragm is normally carried out by gluing, soldering or welding.
  • This technique however has the disadvantage that the connection of the transducer to the diaphragm is located at the place of greatest amplitude of vibration. This necessarily results in fatigue of the diaphragm transducer mechanical connection and, in the long run, faulty operation of the assembly.
  • the powers necessary to obtain the cleaning effect in the absence of focusing of the resulting beam most often require the presence of several transducers on the same diaphragm.
  • This latter feature has the drawback of an inevitable mechanical coupling between transducers located on the same diaphragm, any phase shift applied to one of the transducers being necessarily coupled to neighboring transducers. There can therefore be no independent emission or ultimately separate control of the transducers.
  • the particular embodiment shown by means of Figures 3a and 3b overcomes the aforementioned drawbacks.
  • the transducers T. according to the invention are fixed to the iodine wall of the tank in the vicinity of their middle part substantially. It will thus be understood that the transducers can be fixed to the wall by soldering at the end not free of a vibrating mass, that is to say the end of the vibrating mass directly in contact with one of the piezoelectric pellets constituting the transducer.
  • This embodiment of course allows a better lifetime of the transducer connection wall of the tank since the connecting element used, such as a solder or a weld or the like, is subjected to a vibration of amplitude substantially zero or very weak.
  • the transducers T. 1 are constituted by piezoelectric ceramics 103, 104, the vibrating masses 101, 102, the vibrating mass 101 being fixed to the wall 10 in the vicinity of the piezo ceramic pellet. -electric 103.
  • the excitation of each transducer is obtained from an excitation wire 106 connected to an electrode 105 ensuring the junction of the piezoelectric pads 103, 104.
  • the transducers can be fixed to a removable part of the tank 1, the removable part itself being able to constitute a wall of a sealed box containing the electronic control and supply circuits of the emitting transducers.
  • the arrangement of transmitter transducers is constituted by a plate 100 in one piece on which are distributed pads 1011 or mechanical weights in a network configuration.
  • Each stud 1011 is in fact intended to constitute the vibrating mass located in the tank of each transducer.
  • the active part of each transducer is attached opposite each stud on the opposite face of the plate 100.
  • the same references 103, 104, 105, 106 represent the same elements as in the figure 3a.
  • a seal 110 can also be provided to ensure repetitive assembly / disassembly of the removable plate for cleaning purposes for example.
  • the embodiment of FIG. 3b also has certain advantages from the point of view of ease of implementation, the plate 100, in one piece, which can be machined under conditions of mechanical tolerance that are entirely satisfactory. , which allow good focusing accuracy of the resulting beam.
  • the means for regulating the power and the frequency of emission of the ultrasonic wave comprise a receiver transducer 7 arranged in the tank and preferably placed in the vicinity of the location intended for part P to be cleaned.
  • the receiver transducer 7 can be removably mounted with respect to the part P in a direction of translation denoted for example X parallel to the network 2 and in the vertical direction denoted z.
  • the receiver transducer 7 thus makes it possible to record the ultrasonic power received by the part to be cleaned P in different localized areas of the surface thereof.
  • the transducer 7 can be mounted on a mobile carriage, which will not be described since it is perfectly known from the state of the art.
  • the transducer 7 delivers an electrical signal representative of the frequency and of the transmission power of the ultrasonic wave emitted by the transmitting transducers to a first detection circuit 4 capable of generating a signal proportional to the frequency of the electrical signal delivered by the receiving transducer 7.
  • the signal delivered by the receiving transducer 7 being substantially sinusoidal, the detection circuit 4 can be constituted by a zero crossing detection circuit normally available on the market or by a frequency discriminator.
  • the signal delivered by the receiving transducer 7 is also also delivered to a second detection circuit 5 capable of generating a signal proportional to the level of the electrical signal delivered by the receiving transducer 7.
  • the second detection circuit 5 can be constituted by a simple double-wave rectification circuit then delivering a signal representative of the power of the signal generated by the receiver transducer 7 and therefore of the power of the ultrasonic wave emitted by the transmitter transducers 2 or of the power ultrasonic received by the localized area of the part subjected to the impact of the beam.
  • the signals delivered by the detectors 4 and 5 then make it possible to control the means 3 for generating periodic electrical signals intended to supply the transducers.
  • the control in transmission frequency of the ultrasonic wave and in transmission power can thus be implemented with respect to respective set values of frequency and / or transmission power.
  • the generator means 3 preferably deliver to the transmitter transducers 2 electrical signals formed by rectangular pulses of adjustable repetition frequency.
  • the frequency of recurrence of the signals is controlled from the signal delivered by the detection circuit 4.
  • the generator means 3 deliver to the transmitting transducers electrical signals with adjustable duty cycle thereby allowing power regulation. of the ultrasonic wave emitted by the transmitting transducers.
  • the control of the value of the cyclic ratio of the signals delivered by the generator means 3 is carried out on the basis of the signal delivered by the detector 5.
  • the supply of the transmitting transducers by means of rectangular pulses therefore allows precise control of the emission parameters which are the frequency and the power of emission.
  • This type of supply to the transmitting transducers also allows an improvement in the efficiency of the electrical circuits, as well as a reduction in the width to 6 dB of the beams emitted by the transducers.
  • the generating means 3 can be constituted by a pulse generator with repetition frequency and adjustable duty cycle on the market and for example by an integrated circuit MC 3420 distributed by the company MOTOROLA.
  • the generator 3 controlled by the detectors 4 and 5 delivers the rectangular pulses to focusing means 6 of the beam resulting from the emitted ultrasonic wave constituted by programmable delay means.
  • the programmable delay means 6 comprise a control input denoted C and a plurality of outputs denoted S each connected to a transducer T i of the network 2.
  • the connection between an output S of the focusing means 6 and a transducer T i has been represented by means of power circuits capable of generating pulses capable of exciting the transducers T. while of course imperatively preserving the phase relationships or delays between pulses in accordance with the phase laws as given previously in by means of relation III.
  • FIG. 1 the generator 3 controlled by the detectors 4 and 5 delivers the rectangular pulses to focusing means 6 of the beam resulting from the emitted ultrasonic wave constituted by programmable delay means.
  • the programmable delay means 6 comprise a control input denoted C and a plurality of outputs denoted S each connected to a transduc
  • power circuits have been shown as consisting of two circuits connected in parallel 41, 43, 46; 42, 44, 47 allowing the application of a power voltage pulse to an isolation transformer 48.
  • the circuits 41, 42 can be constituted by opto-electronic coupling circuits forming galvanic isolation of all the control circuits of the power control part. These circuits are normally available in trade.
  • the circuits 43 and 44 are logic command and control circuits, allowing the corresponding control of power switching transistors constituting the circuits 46 and 47.
  • the switching transistors constituting the aforementioned circuits 46 and 47 are connected in series with the primary winding of the isolation transformer 48 so as to apply to it a DC voltage of a power supply rated power + on the circuit 46.
  • the logic control circuits 43 and 44 will not be the object a detailed description because their function is limited to the restitution of the pulses transmitted by the opto-electronic coupling circuits 41 and 42 with possibly, if necessary, additional functions capable of ensuring the safety of the switching operations generated by the switching transistors circuits 46 and 47.
  • the secondary winding of isolation transformer 48 is in or- trerelié the transmitting transducers T. by means of a compensation circuit 49 making it possible for example to obtain for each transducer calibrated pulses of the same level. It will of course be understood that each of the outputs S of the focusing means 6 is connected to the corresponding transmitting transducers T i by a power circuit identical to that shown in FIG. 4.
  • the focusing means 6 will now be described in connection with FIG. 5.
  • the focusing means 6 are constituted by delay circuits capable of each delivering the pulse or pulses delivered by the general means sensors 3 with a delay determined according to the address and the position of the corresponding transmitter transducer T i .
  • the excitation delay of each transducer obtained by the corresponding delay of the pulses applied to the excitation electrode 106 of the transducers, allows the application of the phase shifts ⁇ x , ⁇ y to each transmitting transducer of the network 2 as a function of l address m, n thereof for obtaining a focusing of the beam in a given direction ⁇ 0 , ⁇ 0 according to relation III already cited.
  • the delay circuits or means as shown in FIG. 5, comprise a plurality of D type flip-flops connected in cascade.
  • the flip-flops have been noted 1 to R.
  • Each flip-flop receives a synchronization clock signal noted H and the output Q of a flip-flop of order smaller than R is connected to the input of the flip-flop next.
  • the input of the first flip-flop receives the rectangular pulse signal - delivered by the pulse generator 3.
  • the output Q of any flip-flop of order k delivers a pulse delayed with respect to the pulse delivered to the input of the first flip-flop of order 1 by the generator 3 delayed by kx ⁇ T.
  • the output of each of the D type flip-flops is also connected to the power stage of the transmitter transducers by means of a channel selector circuit noted 61 in FIG. 6.
  • the channel selector circuits 61 can be constituted by 8, 12, 16 bit programmable channel selector circuits, depending on the number of channels, normally available commercially.
  • Each channel selector circuit61 is further connected to a control BUS 62 in fact constituting the control input denoted C shown previously in FIG. 4.
  • the delay circuits or means as represented in FIG. 5 thus make it possible to apply a quantized phase shift value to a number of determined levels of elementary values at the pulses supplying each of the transducers as a function of a program capable of taking account of course of the direction in which it is necessary to focus the ultrasonic energy in the resulting beam but also of other parameters such as the shape and the dimensions of the part to be cleaned, the beam opening angle, the level of ultrasonic energy to be applied to the part as a function of the cleaning agent constituting the propagation medium, all of the aforementioned parameters being able to be organized in order to: constitute any optimal sequence for cleaning the part according to the past or subsequent treatments applied.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif et un procédé de nettoyage de pièces mécaniques par ultrasons.
Le dispositif comprend une cuve (1) recevant un agent nettoyant dans lequel est immergée une pièce (P) à nettoyer. La cuve (1) est munie de transducteurs électro-acoustiques(2) capables d'engendrer des ondes mécaniques ultrasonores de puissance au sein de l'agent nettoyant. Des moyens générateurs (3) de signaux électriques périodiques permettent d'alimenter les transducteurs (2). Des moyens de régulation de la fréquence et de la puissance de l'onde ultrasonore (4,5) sont prévus afin de régler les paramètres précités. En-outre, des moyens (6) permettent la focalisation du faisceau résultant de l'onde ultrasonore émise par les transducteurs (2). La focalisation etou la déflexion du faisceau résultant vers la pièce à nettoyer permet une illumination d'un traitement sélectif de celle-ci.
Application au nettoyage de pièces mécaniques dans les processus industriels d'usinage de pièces, tel que par exemple le chromage.

Description

  • La présente invention est relative à un dispositif et à un procédé de nettoyage de pièces mécaniques par ultrasons.
  • Dans la technique actuelle de nettoyage des pièces mécaniques par ultrasons les pièces à nettoyer sont placées dans une cuve contenant un bain ou agent nettoyant dans lequel est engendré une onde ultrasonore destinée à provoquer dans le bain des perturbations mécaniques. Ces perturbations mécaniques atteignant la ou les pièces à nettoyer, provoquent en relation avec l'agent nettoyant un décapage de la surface libre des pièces par détachement des particules superficielles du matériau constitutif de la pièce, ou des traces de matériaux d'apprêt pour usinage, graisses, colles ou analogues.
  • Les dispositifs actuellement utilisés permettent certes d'obtenir de bons résultats. Cependant, il est nécessaire, le plus souvent, en fonction des agents nettoyants utilisés tels que eau plus détergent, trichloréthylène, fréon ou analogue, d'utiliser des puissances d'émission de l'onde sonore relativement importantes dans tout le volume du bain afin d'obtenir, au niveau de la seule pièce à nettoyer, une densité de puissance suffisante pour obtenir un effet de nettoyage convenable.
  • Les transducteurs électro-acoustiques utilisés doivent en conséquence être alimentés en énergie électrique à niveau élevé pendant toute la durée du traitement de nettoyage ce qui conduit à des niveaux de puissance électrique élevés en raison du rendementmodeste, de l'ordre de 66 %, des circuits d'alimentation des transducteurs lorsque ceux- ci, selon la technique classique, sont excités directement à partir d'un signal alternatif sinusoïdal.
  • La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités par la mise en oeuvre d'un dispositif et d'un procédé dans lequel le niveau de puissance électrique nécessaire pour l'excitation des transducteurs émetteurs est notablement réduit par rapport aux dispositifs de l'art antérieur pour un niveau de puissance analogue au voisinage de la pièce à nettoyer.
  • Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un dispositif et d'un procédé de nettoyage par ultrasons d'un rendement notablement amélioré.
  • Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un dispositif et d'un procédé de nettoyage par ultrasons dans lequel, du fait de la focalisation du faisceau d'onde ultrasonore, une grande flexibilité d'utilisation du dispositif ou du procédé est obtenue, le nettoyage des pièces pouvant être avantageusement programmé en séquences de nettoyage par zones déterminées de la pièce à nettoyer.
  • Le dispositif de nettoyage de pièces mécaniques par ultrasons, objet de l'invention, comprend une cuve destinée à recevoir un agent nettoyant dans lequel est immergée une pièce P à nettoyer, la cuve étant munie de transducteurs électro-acoustiques émetteurs capables d'engendrer des ondes ultrasonorees de puissance au sein de l'agent nettoyant. Le dispositif de l'invention est remarquable en ce qu'il comporte des moyens générateurs de signaux électrique périodiques destinés à alimentés les transducteurs et des moyens de régulation de la puissance et de la fréquence de l'onde ultrasonore émise par les transducteurs émetteurs. Des moyens de focalisation du faisceau résultant de l'onde ultrasonore émise par les transducteurs émetteurs permettent la focalisation et/ou la déflexion du faisceau résultant vers la pièce à nettoyer.
  • L'invention trouve application dans tous les processus d'usinage de pièces préalablement à des étapes telles que le chromage ou analogue.
  • Elle sera mieux comprise à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-après dans lequels :
    • . La figure 1 représente un schéma synoptique général du dispositif de l'invention,
    • . La figure 2 représente un schéma de principe d'un arrangement de transducteurs émetteurs, constitués en réseau plan bidimensionnel, sur laquelle les différents paramètres géométriques de définition du faisceau résultant et de la focalisation ou déflexion de celui-ci sont représentés et définis.
    • . Les figures 3a et 3b représentent en coupe longitudinale de la cuve, un détail de réalisation de l'invention relative aux transducteurs émetteurs,
    • . La figure 4 représente un schéma fonctionnel plus complet des circuits électroniques conformément au schéma synoptique de la figure 1,
    • . La figure 5 représente un exemple de réalisation particulier d'un déphaseur ou retardateur programmable conformément au schéma de la figure 4,
    • . La figure 6 représente l'agencement particulier d'un dispositif complet commandé par un microordinateur permettant l'établissement de séquences de nettoyage déterminées en fonction notamment des paramètres géométriques ou topologie de la pièce à nettoyer.
  • Dans les dessins, les différents éléments portent les mêmes références, mais cependant n'ont pas été représentés selon leurscotes et proportions relatives afin de ne pas nuire à leur clarté et à leur compréhension.
  • Le dispositif de nettoyage de pièces mécaniques à ultrasons représenté en figure 1, objet de l'invention, comprend une cuve 1 destinée à recevoir un agent nettoyant dans lequel est immergéeune pièce P à nettoyer. Les agents nettoyants qui peuvent être utilisés sont ceux déjà cités auparavant dans la description. La cuve 1 est munie de transducteurs électro-acoustiques émetteurs capables d'engendrer des ondes mécaniques ultrasonores de puissance au sein de l'agent nettoyant. Sur la figure 1, les transducteurs émetteurs référencés Ti sont représentés disposés en un arrangement particulier sur une paroi de la cuve, la paroi 10 constituant le fond de celle-ci. A titre indicatif, la puissance nécessaire des ondes ultrasonores pour obtenir un effet de nettoyage satisfaisant en fonction de l'agent nettoyant choisi tel que précité doit être comprise entre 1 et 5 Watts/cm2 de la surface de la pièce à nettoyer.
  • Selon l'invention, le dispositif comporte en outre des moyens générateurs 3 de signaux électriques périodiques destinés à alimenter les transducteurs émetteurset des moyens de régulation 5 de la puissance de l'onde ultrasonore émise par les émetteurs et des moyens de régulation 4 de la fréquence de l'émission de l'onde ultrasonore. L'ensemble des moyens précités permet une régulation fine de la puissance ultrasonore ou de la densité de puissance ultrasonore émise ou à laquelle la pièce à nettoyer est effectivement soumise lors du traitement.
  • Des moyens 6 de focalisation du faisceau résultant de l'onde ultrasonore émise par les transducteurs électro-acoustiques sorten outre prévus afin d'assurer la focalisation et/ou la déflexion du faisceau résultant vers la pièce P à nettoyer. On comprendra que la focalisation et/ou la déflexion du faisceau résultant permet en définitive la localisation de l'énergie ultrasonore émise dans une zone délimitée sensiblement par un angle solide selon une direction déterminée. La localisation de l'énergie d'émission permet en conséquence une diminution de l'énergie électrique nécessaire à l'alimentation des transducteurs pour l'obtention d'une densité d'énergie dans la zone localisée d'émission suffisante pour l'obtention d'un nettoyage satisfaisant par rapport auxdispositifs connusde l'art antérieur. Sur la figure 1, les étages de puissance d'attaque des transducteurs ne sont pas représentés. Une configuration particulière du réseau de transducteurs émetteurs 2 sera maintenant décrite en liaison avec la figure 2.
  • A titre d'exemple non limitatif, le réseau 2 de transducteurs émetteurs peut être constitué par un ensemble de transducteurs répartis dans un plan selon un réseau maillé rectangulaire comportant M colonnes de transducteurs alignées parallèlement à une première direction de référence Ox et N lignes de transducteurs disposées parallèlement à une deuxième direction Oy perpendiculaire à la première direction Ox. Le réseau 2 comporte ainsi M x N transducteurs émetteurs, le centre du réseau correspondant sensiblement à un transducteur est noté 0 et l'ordre d'une ligne est notée m, m comprisentre 1 et M, l'ordre d'une colonne étant notée n, n étant compris entre 1 et N. Les transducteurs émetteurs T. sont espacés selon les directions Ox et Oy, la distance entre chaque transducteur consécutif dans ces directions pouvant être identique. Cette distance est notée d. Sur la figure 2, la direction perpendiculaire au plan Ox, Oy contenant les transducteurs est notée Oz. Un point F quelconque de l'espace exposé au rayonnement du réseau sera ainsi repéré en coordonnées sphériques par les paramètres 80 angle de OF, Oz et angle de Ox avec la projection de OF sur le plan Ox, Oy contenant le réseau 2.
  • Un calcul théorique,conduit dans le cas où ainsi que précédemment décrit où les émetteurs ou sources sont équidistantes dans les directions Ox et Oy et/où,en outre,ces mêmes émetteurs sont alimentés par des signaux de même amplitude et sont donc soumis à des conditions de fonctionnement identiques entraînant l'émission d'ondes ultrasonores sensiblement de même amplitude, l'alimentation de chacun des émetteurs étant de plus soumise à un déphasage d'une valeur constante par rapport aux émetteurs voisins pour les directions Ox, Oy, permet de définir les paramètres de champ d'interférences de l'ensemble des sources au point F. Pour une différence de phase entre deux sources consécutives prise égale à ϕx dans la direction Ox et égale â ϕy dans la direction Oy, le champ d'interférences de l'ensemble des sources au point F est donné par la relation I ci-après:
    Figure imgb0001
    dans laquelle A représente l'amplitude d'émission d'un transducteur émetteur, λ la longueur d'onde d'émission ultrasonore dans le milieu de propagation constitué par l'agent nettoyant.
  • Le champ maximum, c'est-à-dire la densité maximale d'énergie ultrasonore au point F est obtenu lorsque les paramètres 80 et φ0 vérifient la relation II ci-après :
    Figure imgb0002
  • Cette nouvelle relation II permet alors de définir la direction, définie par les paramètres directeurs θ0, θ0 dans laquelle le champ résultant rayonné est maximum, cette direction s'analysant comme l'intersection d'un premier cône d'axe Ox de demi-angle au sommet ao et d'un deuxième cône d'axe Oy, de demi-angle au sommet βo, ces cônes étant définis par la relation II précitée.
  • Les déphasages ϕ x et f y nécessaires à l'obtention d'un champ maximum en un point F situé dans une direction de paramètres directeurs θ0, θ0 sont donnés pour les directions Ox et Oy du réseau par la relation III ci-après :
    Figure imgb0003
  • Dans la relation III le signe - indique que la direction de champ maximum est inclinée vers les phases négatives, c'est-à-dire les retards par rapport à la phase du centre O du réseau. La valeur du champ résultant maximum obtenue est égale à M x N x A où M x N est le nombre total de sources ou émetteurs et A l'amplitude rayonnée par un émetteur. On appelera focalisation ou déflexion la concentration ou localisation d'énergie ultrasonore rayonnée dans la direction θ0, θ0 précitée. En outre, la distance d séparant les émetteurs du réseau peut être choisie de façon à supprimer la focalisation du second ordre susceptible d'être obtenue. Dans ce cas, la distance d satisfait la relation IV :
    Figure imgb0004
    dans laquelle 6m représente la valeur maximale admissible pour les demi-angles au sommet des cônes définissant la direction du champ maximum par rapport aux axes Ox et Oy déjà cités.
  • On comprendra en fait que outre l'augmentation de rendement déjà citée, le dispositif de l'invention, du fait de la focalisation de l'énergie ultrasonore dans une direction privilégiée, permet d'effectuer une concentration de cette énergie ultrasonore dans la zone localisée précitée. Cette focalisation a pour effet d'entraîner notamment au voisinage de la pièce à nettoyer une série de surpressions et de dépressions dans le milieu de propagation constitué par l'agent nettoyant, lesquelles ont pour effet, en liaison avec cet agent nettoyant, d'effectuer un décapage de la surface de la pièce. Le phénomène de décapage est en fait obtenu par un phénomène analogue à un phénomène de cavitation dû aux surpressions et dépressions engendrées, lequel provoquant des turbulences autour du faisceau résultant au voisinage de l'impact sur la pièce, provoque le nettoyage de celle-ci. La propagation des ultrasons dans le fluide de propagation ou agent nettoyant provoque la formation de'bulles qui implosent sous l'action de la pression acoustique ultra-sonore.
  • Cette implosion engendre une onde de choc très importante. Ce phénomène connu sous le vocable de cavitation prend naissance en certaines zones, fonctions des paramètres tels que, fréquence d'émission, puissance, température. A titre d'exemple non limitatif, la fréquence d'émission des ondes ultra-sonores est prise égale ou supérieure à 20 kHz.
  • Dans les procédés classiques, les salissures décollées de la paroi à nettoyer sont en suspension dans le liquide, certaines pouvant se déposer à nouveau sur la pièce, le volume complet du bain nettoyant étant soumis aux ultrasons. Dans le cas d'une focalisation du faisceau d'ultrasons au contraire, d'une part la densité locale de puissance est supérieure, mais une zone de turbulences entoure cet endroit. Le filtrage des particules décollées en suspension est alors plus efficace si celui-ci est réalisé sur le parcours de la turbulence.
  • Une description détaillée d'un mode de réalisation avantageux de la structure du réseau 2 sera maintenant donnéeen liaison avec les figures 3a et 3b.
  • Selon les figures précitées, les transducteurs Ti sont fixés à la paroi 10 de la cuve en saillie par rapport à celle-ci.
  • Dans les dispositifs de l'art antérieur, les transducteurs constitués sensiblement par un sandwich de céramique piézo-électrique et de masses métalliques vibrantes étaient fixés sur un diaphragme solidaire de la paroi de la cuve à une extrémité des masses métalliques. Cependant, dans de tels dispositifs, et en particulier lors de l'utilisation de tels transducteurs, la vibration mécanique des masses vibrantes est maximum aux extrémités libres des masses vibrantes et minimum ou nulle au centre, c'est-à-dire au niveau de la jonction des deux pastilles de céramique piézo-électrique.
  • Ces types de transducteurs sont parfaitement connus de l'état de la technique. La liaison nécessaire de l'extrémité libre d'une masse vibrante au diaphragme est effectuée normalement par collage, brasure ou soudure. Cette technique présente cependant l'inconvénient selon lequel la liaison du transducteur au diaphragme est située à l'endroit de plus grande amplitude de vibration. Ceci entraîne nécessairement une fatigue de la liaison mécanique transducteurs diaphragme et,à la longue,un fonctionnement défectueux de l'ensemble. En outre, les puissances nécessaires pour obtenir l'effet de nettoyage en l'absence de focalisation du faisceau résultant nécessitent le plus souvent la présence de plusieurs transducteurs sur un même diaphragme. Cette dernière particularité présente l'inconvénient d'un couplage mécanique inévitable entre transducteurs situés sur un même diaphragme,, tout déphasage appliqué à l'un des transducteurs étant nécessairement couplé aux transducteurs voisins. Il ne peut donc y avoir émission indépendante ni en définitive commande séparée des transducteurs.
  • Le mode de réalisation particulier représenté au moyen des figures 3a et 3b permet de remédier aux inconvénients précités. Les transducteurs T., selon l'invention, sont fixés à la paroi iode la cuve au voisinage de leur partie médiane sensiblement. On comprendra ainsi que les transducteurs peuvent être fixés à la paroi par brasure au niveau de l'extrémité non libre d'une masse vibrante, c'est-à-dire l'extrémité de la masse vibrante directement en contact avec l'une des pastilles piézo-électriques constituant le transducteur. Ce mode de réalisation permet bien entendu une meilleure durée de vie de la liaison transducteurs paroi de la cuve puisque l'élément de liaison utilisé, tel qu'une brasure ou une soudure ou analogue,est soumis à une vibration d'amplitude sensiblement nulle ou très faible. En outre, on comprendra que l'absence ou la quasi absence de vibration au niveau de cette même liaison a pour effet la quasi supression du couplage entre les transducteurs, la paroi 10 ne transmettant pratiquement plus aucune vibration aux transducteurs voisins. Une commande séparée indépendante des transducteurs peut donc être envisagée avec une efficacité maximum de la focalisation du faisceau résultant.
  • A titre d'exemple non limitatif, les transducteurs T. l sont constitués par les céramiques piézo-électriques 103, 104, les masses vibrantes 101, 102, la masse vibrante 101 étant fixée à la paroi 10 au voisinage de la pastille de céramique piézo-électrique 103. L'excitation de chaque transducteur est obtenue à partir d'un fil d'excitation 106 connecté à une électrode 105 assurant la jonction des pastilles piézo-électriques 103, 104. Les transducteurs peuvent être fixés à une partie amovible de la cuve 1, la partie amovible pouvant elle-même constituer une paroi d'un boîtier étanche renfermant les circuits électroniques de commande et d'alimentation des transducteurs émetteurs.
  • En outre, ainsi que représenté en figure 3b, l'arrangement de transducteurs émetteurs est constitué par une plaque 100 d'une seule pièce sur laquelle sont distribués des plots 1011 ou massesmécaniquesen une configuration de réseau. Chaque plot 1011 est en fait destiné à constituer la masse vibrante située dans la cuve de chaque transducteur. La partie active de chaque transducteur est rapportée en vis-à-vis de chaque plot sur la face opposée de la plaque 100. Sur la figure 3b, les mêmes références 103, 104, 105, 106, représentent les mêmes éléments que sur la figure 3a. Lorsque les transducteurs sont montés sur une plaque amovible dans le cas des figures 3a ou 3b, un joint d'étanchéité 110 peut en outre être prévu pour assurer un montage/démontage répétitif de la plaque amovible à des fins de nettoyage par exemple. Le mode de réalisation de la figure 3b, présente en outre des avantages certains du point de vue de la facilité de mise en oeuvre, la plaque 100,d'une seule pièce,pouvant être usinée dans des conditions de tolérance mécanique tout à fait satisfaisantes,lesquelles permettent une bonne précision de focalisation du faisceau résultant.
  • Une description plus complète des circuits électroniques de l'ensemble du dispositif objet de l'invention, sera maintenant donnée au moyen des figures 4 à 6.
  • Ainsi que représenté en figure 4 et 1 notamment, les moyens de régulation de la puissance et de la fréquence d'émission de l'onde ultrasonore comportent un transducteur récepteur 7 disposé dans la cuve et placé de préférence au voisinage de l'emplacement destiné à la pièce P à nettoyer. Ainsi que représenté de manière non limitative sur la figure 1, le transducteur récepteur 7 peut être monté amovible par rapport à la pièce P selon une direction de translation notée par exemple X parallèle au réseau 2 et selon la direction verticale notée z. Le transducteur récepteur 7 permetainsi un relevé de la puissance ultrasonore reçue par la pièce à nettoyer P en différentes zones localisées de la surface de celle-ci. Le transducteur 7 peut être monté sur un chariot mobile, lequel ne sera pas décrit car parfaitement connu de l'état de la technique. Le transducteur 7 délivre un signal électrique représentatif de la fréquence et de la puissance d'émission de l'onde ultrasonore émise par les transducteurs émetteurs à un premier circuit de détection 4 capable d'engendrer un signal proportionnel à la fréquence du signal électrique délivré par le transducteur récepteur 7. Le signal délivré par le transducteur récepteur 7 étant sensiblement sinusoïdal, le circuit de détection 4 peut être constitué par un circuit de détection de passage par zéro normalement disponible dans le commerce ou par un discriminateur de fréquences. Le signal délivré par le transducteur récepteur 7 est en outre également délivré à un deuxième circuit de détection 5 capable d'engendrer un signal proportionnel au niveau du signal électrique délivré par le transducteur réceptetr 7. Le deuxième circuit de détection 5 peut être constitué par un simple circuit de redressement double alternance délivrant alors un signal représentatif de la puissance du signal engendré par le transducteur récepteur 7 et donc de la puissance de l'onde ultrasonore émise par les transducteurs émetteurs 2 ou de la puissance ultrasonore reçue par la zone localisée de la pièce soumise à l'impact du faisceau. Les signaux délivrés par les détecteurs 4 et 5 permettent alors de commander les moyens générateurs 3 de signaux électriques périodiques destinés à alimenter les transducteurs. L'asservissement en fréquence d'émission de l'onde ultrasonore et en puissance d'émission peut ainsi être mis en oeuvre par rapport à des valeurs de consigne respectives de fréquence et/ou de puissance d'émission.
  • Afin d'assurer les asservissements en fréquence et en puissance d'émission précités, les moyens générateurs 3 délivrent de préférence aux transducteurs émetteurs 2 des signaux électriques formés par des impulsions rectangulaires de fréquence de récurrence ajustables. Bien entendu, la fréquence de récurrence des signaux est commandée à partir du signal délivré par le circuit de détection 4. De même, les moyens générateurs 3 délivrent aux transducteurs émetteurs des signaux électriques à rapport cyclique ajustable permettant de ce fait la régulation de la puissance de l'onde ultrasonore émise par les transducteurs émetteurs. Bien entendu, la commande de la valeur du..rapport cyclique des signaux délivrés par les moyens générateurs 3 est effectuée à partir du signal délivré par le détecteur 5.
  • L'alimentation des transducteurs émetteurs au moyen d'impulsions rectangulaires permet donc une commande précise des paramètres d'émission que sont la fréquence et la puissance d'émission. Ce type d'alimentation des transducteurs émetteurs permet en outre une amélioration du rendement des circuits électriques, ainsi qu'une diminution de la largeur à 6 dB des faisceaux émis par les transducteurs.
  • Les moyens générateurs 3 peuvent être constitués par un générateur d'impulsions à fréquence de récurrence et à rapport cyclique ajustable du commerce et par exemple par un circuit intégré MC 3420 distribué par la Société MOTOROLA.
  • Conformément au mode de réalisation représenté en figure 4, le générateur 3 commandé par les détecteurs 4 et 5 délivre les impulsions rectangulaires à des moyens de focalisation 6 du faisceau résultant de l'onde ultrasonore émise constitués par des moyens retardateurs programmables. Les moyens retardateurs programmables 6 comportent une entrée de commande notée C et une pluralité de sorties notées S reliées chacune à un transducteur Ti du réseau 2. Sur la figure 4, la liaison entre une sortie S des moyens de focalisation 6 et un transducteur Ti a été représentée au moyen des circuits de puissance capables d'engendrer des impulsions susceptibles d'exciter les transducteurs T. en conservant bien entendu de manière impérative les relations de phases ou de retards entre impulsions conformément aux lois de phases telles que données précédemment au moyen de la relation III. Sur la figure 4, à titre d'exemple non limitatif, des circuits de puissance ont été représentés comme consistant en deux circuits montés en parallèle 41, 43, 46 ; 42, 44, 47 permettant l'application d'une impulsion de tension de puissance à un transformateur d'isolement 48. A titre d'exemple non limitatif, les circuits 41, 42 peuvent être constitués par des circuits de couplage opto-électroniques formant isolation galvanique de l'ensemble des circuits de commande de la partie commande de puissance. Ces circuits sont normalement disponibles dans le commerce. Les circuits 43 et 44 sont des circuits logiques de commande et de contrôle, permettant la commande correspondante de transistors de commutation de puissance constituant les circuits 46 et 47. On notera que les transistors de commutation constituant les circuits 46 et 47 précités, sont connectés en série avec l'enroulement primaire du transformateur d'isolement 48 de façon à appliquer à celui-ci une tension continue d'une alimentatbn de puissance notée + sur le circuit 46. Les circuits logiques de commande 43 et 44 ne feront pas l'objet d'une description détaillée car leur fonction se limite à la restitution des impulsions transmises par les circuits de couplage opto-électroniques 41 et 42 avec éventuellement,si nécessaire,des fonctions supplémentaires susceptibles d'assurer la sécurité des commutations engendrées par les transistors de commutation des circuits 46 et 47. L'enroulement secondaire du transformateur d'isolement 48 est en ou- trerelié aux transducteurs émetteurs T. par l'intermédiaire d'un circuit 49 de compensation permettant par exemple d'obtenir pour chaque transducteur des impulsions calibrées de même niveau. On comprendra bien entendu que chacune des sorties S des moyens de focalisation 6 est reliée aux transducteurs émetteurs correspondants Ti par un circuit de puissance identique à celui représenté en figure 4.
  • Les moyens de focalisation 6 seront maintenant décrits en liaison avec la figure 5. Les moyens de focalisation 6 sont constitués par des circuits retardateurs aptes à délivrer chacun l'impulsion ou les impulsions délivrées par les moyens générateurs 3 avec un retard déterminé selon l'adresse et la position du transducteur émetteur Ti correspondant. Le retard d'excitation de chaque transducteur,obtenu par le retard correspondant des impulsions appliquées sur l'électrode d'excitation 106 des transducteurs, permet l'application des déphasages ϕx, ϕy à chaque transducteur émetteur du réseau 2 en fonction de l'adresse m, n de celui-ci pour l'obtention d'une focalisation du faisceau dans une direction donnée θ0, θ0 selon la relation III déjà citée.
  • A titre d'exemple non limitatif, les circuits ou moyens retardateurs, ainsi quereprésenté en figure 5,comportent une pluralité de bascules de type D connectées en cascade. Sur la figure 5, les bascules ont été notées 1 à R. Chaque bascule reçoit un signal d'horloge de synchronisation noté H et la sortie Q d'une bascule d'ordre plus petit que R est reliée à l'entrée de la bascule suivante. L'entrée de la première bascule reçoit le signal impulsions rectan- - gulaires délivré par le générateur d'impulsions 3. Ainsi, pour un signal d'horloge H constitué par des impulsions dont la période de récurrence est ΔT, pas minimum de déphasage, la sortie Q de toute bascule d'ordre k délivre une impulsion retardée par rapport à l'impulsion délivrée à l'entrée de la première bascule d'ordre 1 par le générateur 3 retardée de k x ΔT. La sortie de chacune des bascules de type D est en outre reliée à l'étage de puissance des transducteurs émetteurs par l'intermédiaire d'un circuit sélecteur de voies noté 61 sur la figure 6. Les circuits sélecteurs de voies 61 peuvent être constitués par des circuits sélecteurs de voies programmables sur 8, 12, 16 bits, selon le nombre de voies,normalement disponibles dans le commerce. Chaque circuit sélecteur de voies61 est connecté en outre à un BUS de commande 62 constituant en fait l'entrée de commande notée C représentée précédemment en figure 4. Les circuits ou moyens retardateurs tels que représentés en figure 5 permettent ainsi d'appliquer une valeur de déphasage quantifiée sur un nombre de niveaux déterminé de valeurs élémentaires aux impulsions alimentant chacun des transducteurs en fonction d'un programme susceptible de tenir compte bien entendu de la direction dans laquelle il est nécessaire de focaliser l'énergie ultrasonore en faisceau résultant mais également d'autres paramètres tels que la forme et les dimensions de la pièce à nettoyer, l'angle d'ouverture du faisceau, le niveau d'énergie ultrasonore à appliquer à la pièce en fonction de l'agent nettoyant constituant le milieu de propagation, l'ensemble des paramètres précités pouvant être organisé afin de : constituer toute séquence optimale de nettoyage de la pièce en fonction du ou des traitements passés ou ultérieurs appliqués.
  • Un exemple particulièrement avantageux d'installation complète organisée autour d'un dispositif selon l'invention sera maintenant décrit en liaison avec la figure 6.
  • Selon la représentation de cette figure, le dispositif de l'invention comporte un microordinateur noté MO et un moniteur de visualisation noté CV . Le microordinateur est bien entendu muni de ses périphériques tels que mémoires de masse à disques magnétiques par exemple. Le microordinateur MO et le moniteur de visualisation CV sont reliés à un système logique de traitement noté L. Le système logique de traitement noté L est lui-même connecté au moyen du BUS 62 au moyen de focalisation 6, c'est-à-dire en fait à l'ensemble des sélecteurs de voies 61 tels que représenté en figure 6. Un programme de gestion de l'ensemble de l'installation telle que représentée en figure 6 permet la conduite du processus de nettoyage d'une pièce P placée dans la cuve, consécutivement aux opérations suivantes :
    • - les paramètres géométriques de la pièce P sont tout d'abord introduits au moyen du clavier du microordinateur MO ou d'une table à digitaliser carme données ou paramètres de définition des séquences de nettoyage. D'autres paramètres tels que notamment l'angle solide sous lequel est vue la pièce par rapport au centre de phase O du réseau 2, angle d'ouverture du faisceau d'onde ultrasonore résultante sont également introduits par ce même moyen. Le programme de gestion en général stocké en mémoire centrale du microordinateur, programme du type "menu",permet en outre,sur incitation par affichage sur le moniteur de visualisation notamment, d'introduire tout paramètre de conduite du processus de nettoyage tel que par exemple une information codée relativement à l'agent nettoyant utilisé, le niveau d'énergie nécessaire compte tenu de l'agent nettoyant utilisé, la durée de traitement.
    • - dans le cas du nettoyage de pièces de très grande dimension (plusieurs mètres) et/ou de pièces comportant des parties constituées par des matériaux de nature différente, le programme de gestion précité prévoit en outre l'introduction des paramètres géométriques tels que coordonnées du centre des différentes parties constituant la pièce, nature des matériaux différents constitutifs et temps de traitement correspondant. Dans le cas ou la pièce ou les parties sont de dimensions très importantes par rapport à la section utile du faisceau résultant, un sous-programme permet en outre d'effectuer un balayage périodique de la superficie de la pièce ou d'une partie selon un trajet ou séquence pré-établie afin d'assurer un nettoyage homogène de la partie ou de la pièce précitée.

Claims (15)

1. Dispositif de nettoyage de pièces mécaniques par ultrasons comprenant une cuve (1) destinée à recevoir un agent nettoyant dans lequel est immergée une pièce (P) à nettoyer, la cuve (1) étant munie de transducteurs électro-acoustiques émetteurs (2) capables d'engendrer des ondes mécaniques ultrasonores de puissance au sein de l'agent nettoyant, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte en outre :
- des moyens générateurs (3) de signaux électriques périodiques destinés à alimenter lesdits transducteurs,
- des moyens (5) de régulation de la puissance de l'onde ultrasonore émise par lesdits transducteurs,
- des moyens (4) de régulation de la fréquence d'émission de l'onde ultrasonore,
- des moyens (6) de focalisation du faisceau résultant de l'onde ultrasonore émise par lesdits transducteurs électro-acoustiques, lesdits- moyens de focalisation permettant la focalisation et/ou la déflexion du faisceau résultant vers la pièce à nettoyer.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (3) générateurs délivrent aux transducteurs des signaux électriques formés par des impulsions rectangulaires de fréquence de récurrence ajustable.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 Ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs délivrent aux transducteurs des signaux électriques à rapport cyclique ajustable, permettant, de ce fait, la régulation de la puissance de l'onde ultrasonore émise par les transducteurs.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits transducteurs électro-acoustiques émetteurs (Ti) sont disposés sur une paroi de la cuve selon un arrangement déterminé, lesdits transducteurs étant en saillie par rapport à la paroi de la cuve.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits transducteurs (Ti) sont fixés à la paroi (10) de la cuve au voisinage de leur partie médiane sensiblement.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits transducteurs sont fixés à une partie amovible de la paroi de la cuve, ladite partie amovible pouvant elle-même constituer une paroi d'un boîtier étanche renfermant les circuits électroniques de commande et alimentation des transducteurs émetteurs.
7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'arrangement de transducteurs émetteurs est constitué par une plaque d'une seule pièce, sur laquelle sont distribués des plots ou masses mécaniques distribués en un réseau, la partie active de chaque transducteur étant rapportée en vis-à-vis de chaque plot sur la face opposée de la plaque.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de régulation de la puissance et de la fréquence d'émission, de l'onde ultrasonore comportent :
- un transducteur (7) récepteur disposé dans la cuve et place de préférence au voisinage de l'emplacement destiné à la pièce (P) à nettoyer, ledit transducteur (7) délivrant un signal électrique représentatif de la fréquence et de la puissance d'émission de l'onde ultrasonore des transducteurs émetteurs,
- un premier circuit de détection (4) capable d'engendrer un signal proportionnel à la fréquence du signal électrique délivré par le transducteur récepteur,
- un deuxième circuit de détection (5) capable d'engendrer un signal proportionnel au niveau du signal électrique délivré par le transducteur récepteur et représentatif de la puissance de l'onde ultrasonore émise par les transducteurs.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 7, caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs (3) sont constitués par un générateur d'impulsions à fréquence de récurrence et à rapport cyclique ajustables.
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de focalisation (6) du faisceau résultant de l'onde ultrasonore émise par lesdits transducteurs émetteurs sont constitués par des moyens retardateurs programmables connectés entre la sortie desdits moyens générateurs et chacun des transducteurs émetteurs, chacun des moyens retardateurs étant apte à délivrer l'impulsion délivrée par les moyens générateurs (3) avec un retard déterminé selon l'adresse et la position du transducteur émetteur correspondant.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens retardateurs comportent une pluralité de bascules de type D connectées en cascade, chaque bascule recevant un signal d'horloge de synchronisation (H) et la sortie (Q) d'une bascule d'ordre plus petit que R étant reliée à l'entrée de la bascule suivante, l'entrée de la première bascule recevant le signal impulsions rectangulaires délivré par le générateurd'impulsions, la sortie de chacune des bascules étant reliée à l'étage de puissance des transducteurs émetteurs par l'intermédiaire d'un circuit sélecteur de voies programmable.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits sélecteurs de voies programmables sont commandés au moyen d'un microordinateur, ledit microordinateur étant relié aux sélecteursde voies constituant les déphaseurs programmables par l'intermédiaire d'une logique de commande.
13. Procédé de nettoyage de pièces mécaniques par ultrasons caractérisé en ce qu'il consiste :
- à placer ladite pièce (P) dans une cuve (1) contenant un agent nettoyant et comportant des transducteurs électro-acoustiques emtteurs (2) capables d'engendrer des ondes mécaniques ultra- sonores de puissance au sein de l'agent nettoyant,
- à focaliser et à diriger vers ladite pièce (P) le faisceau résultant de l'onde ultrasonore émise par lesdits transducteurs électro-acoustiques, de manière à provoquer une densité de puissance de rayonnement ultrasonore capable d'engendrer, dans l'agent nettoyant, au voisinage de la pièce, des zones de turbulence et un phénomène de cavitation provoquant le nettoyage de celle-ci.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à assurer au niveau des zones de turbulence, un filtrage des particules décollées en suspension dans l'agent nettoyant.
15. Procédé selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce qu'il est conduit séquen- tiellement au moyen d'un microordinateur, lesdites séquences étant établies en fonction de la topologie de la pièce(P) à nettoyer.
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