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Ils s’équipent : Marquardt utilise Maple pour développer un capteur 3D à effet Hall

Jean-François Preveraud
Ils s’équipent : Marquardt utilise Maple pour développer un capteur 3D à effet Hall

Mesurer en 3D les déplacements du tambour pour éviter chocs et vibrations.

© DR

Un équipementier allemand met au point une technologie de mesure du déplacement des tambours de lave-linge à l’aide d’un capteur 3D à effet Hall. Il a utilisé pour cela le logiciel de modélisation de systèmes Maple de l’éditeur canadien Maplesoft.

La société allemande Marquardt GmbH développe des systèmes de commutation. Le Professeur Frank Allmendinger, avec son équipe de R&D, y a développé au cours des trois dernières années un capteur à effet Hall innovant, pour mesurer la charge et les déséquilibres des tambours, qui est utilisé dans les lave-linge de haut de gamme.

La capacité des tambours de lave-linge a tendance à évoluer au-delà des traditionnels 5 kg, pour atteindre 7 voire 8 kg. Ces tambours de grande taille sont pourtant toujours montés dans des châssis de lave-linge standard, c'est-à-dire de 60 cm de large, d’où une réduction de l’espace séparant le tambour et le châssis, avec une augmentation du risque de chocs. Il est donc indispensable de mesurer la position relative du tambour par rapport au châssis, d’utiliser le signal correspondant pour prévoir les risques de choc du tambour sur le châssis et de prendre, le cas échéant, les mesures qui s’imposent. 

                                                       

                                          Le capteur 3D à effet Hall et son électronique embarquée.


Le capteur de Marquardt permet de détecter la position relative du tambour par rapport au châssis en trois dimensions. Outre l’élimination du risque de choc, cette capacité à identifier la position du tambour présente plusieurs autres avantages, comme par exemple la possibilité de détecter des déséquilibres et les fréquences de résonance du système mécanique pendant le cycle de rotation du tambour. Pour réduire ces déséquilibres, il est possible de ralentir la vitesse de rotation et de répartir la masse de manière plus uniforme. Par ailleurs, il est aussi possible de mesurer la masse des vêtements au moment où ils sont introduits dans la machine et d’indiquer alors la dose de détergent à utiliser !

Modéliser correctement le système 

Le système de mesure développé par Marquardt se compose : d’un aimant fixé sur le tambour du lave-linge ; d’un capteur 3D à effet Hall fixé au châssis de la machine, qui mesure les trois composantes du vecteur du champ magnétique dipolaire de l’aimant ; et d’un circuit intégré Asic (Application Specific Integrated Circuit) spécifique pour cette application. Ce dernier a été développé en étroite collaboration avec le Fraunhofer Institute for Integrated Circuits

                                                        

                                                             Mesurer le champs magnétique 
                                                                 en temps réel dans les 3D.

Le capteur à effet Hall mesure le sens et la puissance du champ magnétique, afin de déterminer le mouvement relatif de l’aimant simultanément dans les trois directions. Ces informations sont alors transmises au microcontrôleur embarqué dans l’Asic, qui définit une stratégie de contrôle du mouvement du tambour en utilisant un algorithme propriétaire.

Marquardt a conçu cet algorithme à l’aide du logiciel Maple de MapleSoft. Il a été un outil précieux l’équipe du Professeur Frank Allmendinger lors de ses recherches sur les problèmes complexes que sont :la modélisation des champs magnétiques ; l’évaluation des tolérances autorisées au niveau de l’aimant ou la recherche de l’inclinaison du capteur 3D, afin d’établir si celle-ci se situait à l'intérieur d’un seuil de tolérance de deux degrés. L'algorithme ainsi obtenu a été traduit en code C pour pouvoir l’exécuter sur le contrôleur.

« Maple est un outil très facile à manipuler, même en cas de problèmes mathématiques complexes. La saisie et la modification d’équations se sont avérées on ne peut plus simple, de même que leur vérification pour s’assurer qu’elles avaient bien une solution, et leur correction le cas échéant. J’ai beaucoup apprécié l’interface utilisateur simple et efficace de Maple, notamment les fonctions d’exportation et d’interface avec les autres programmes techniques. Cela fait de Maple un outil extrêmement précieux pour le développement rapide de solutions », estime le Professeur Frank Allmendinger.

La société Marquardt cherche maintenant à utiliser la technologie mise au point pour les lave-linge, dans d’autres secteurs industriels (automatisation, production, applications embarquées dans l’automobile…). La société souhaite aussi faire évoluer cette technologie en la dotant de nouvelles fonctionnalités telles l’analyse en temps réel de la distance ou de l’angle entre l’aimant et le capteur. Pour ce type de fonctionnalités, il faudra mesurer le champ magnétique pour deux positions. Le problème posé exigera alors un système d’équations à six dimensions, dont le développement fera aussi appel à Maple.

Jean-François Prevéraud

Sites des entreprises citées :
http://www.marquardt.de
http://www.maplesoft.com
 

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