Le sujet porte sur une machine à gravure laser hautes performances développée par la société PHLOX®, destinée à fabriquer des guides d'onde en PMMA pour rétroéclairage (« backlight ») de haute qualité, utilisés en contrôle optique non destructif. Le système est un dispositif à deux axes (X et Y) dont les déplacements sont assurés par des Moteurs Linéaires Synchrones (MLS), permettant de contrôler avec une grande précision la position et la vitesse du faisceau laser lors de la gravure du motif en « microprisme ».

Le travail demandé consiste d'abord à analyser géométriquement le montage des guidages (étude d'hyperstatisme et compensation des défauts par piges), puis à déterminer la durée d'un cycle de gravure à partir d'une loi de commande en trapèze de vitesse.

L'étude se poursuit par la justification du choix d'un MLS face à une solution moteur rotatif + vis-écrou, ainsi que par la vérification de son dimensionnement mécanique (efforts dans le moteur et le guidage). Le candidat doit ensuite modéliser le comportement électromécanique du MLS via la transformation de Park et concevoir la boucle de régulation en courant.

Enfin, l'asservissement en position est étudié sous forme d'une régulation en cascade (boucle de vitesse PI puis boucle de position avec correcteur à avance de phase), avant une synthèse vérifiant le respect du cahier des charges.

1. Présentation

1.1. Contrôle optique et backlight

1.2. Usinage laser et microprisme

1.3. Machine à gravure laser hautes performances

2. Analyse géométrique partielle de la machine et précision des guidages

2.1. Modèle cinématique simplifié de la machine

2.2. Réalisation du guidage linéaire en translation pour l'axe Y et montage

3. Restriction du cadre de l'étude

4. Étude de la durée d'un cycle de gravure pour l'axe X

5. Comparaison entre MLS et (moteur rotatif + système vis-écrou)

6. Modélisation et dimensionnement d'un MLS

6.1. Dimensionnement dynamique du MLS

6.2. Amélioration de la modélisation mécanique du MLS

7. Modélisation du comportement électromécanique d'un MLS et étude du pilotage en couple

7.1. Génération de la force motrice Fm

7.2. Pilotage en courant

8. Conception de l'asservissement d'un MLS

8.1. Étude de la boucle de vitesse

8.2. Étude de la boucle position

9. Synthèse

Le sujet et le corrigé de cette épreuve sont également disponibles sur le site de l’UPSTI (Union des Professeurs de Sciences et Techniques Industrielles) :

https://www.upsti.fr/espace-etudiants/annales-de-concours [7]