CH698853B1 - Machine d'usinage par électroérosion et procédé de positionnement pour cette machine. - Google Patents

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CH698853B1
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optical detection
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CH16932008A
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Ralf Foerster
Georg Waelder
Jean-Claude Diot
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Agie Sa
Charmilles Technologies
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Abstract

La machine d'usinage par électroérosion comprend un premier ensemble (41) comportant un outil (37) monté grâce à des organes d'attachement (40) sur un coulisseau et un second ensemble (42) comportant la pièce (45) à usiner et ses éléments de fixation. Un appareil de détection optique (51) monté sur les organes d'attachement (40) permet de visualiser des particularités de repérage sur le premier ensemble (41) et sur le second ensemble (42) selon un seul axe optique (52) prédéterminé. Il est ainsi possible de détecter toute dérive géométrique entre l'outil et la pièce et de corriger cette dérive. On obtient en conséquence un usinage de haute précision.

Description


  [0001]    La présente invention concerne une machine d'usinage par électroérosion comprenant un outil destiné à usiner une pièce sous l'effet de décharges électriques érosives, un bâti et un ensemble mécanique permettant d'effectuer des mouvements relatifs entre l'outil et la pièce, un premier ensemble comprenant l'outil et des organes d'attachement de l'outil susceptible d'être rattaché à une première partie de la machine, un second ensemble comprenant la pièce susceptible d'être rattachée à une seconde partie de la machine.

  

[0002]    Un problème typique que doit maîtriser un opérateur de machine d'usinage par électroérosion est de repérer exactement la partie active d'un outil par rapport au référentiel géométrique de la machine ou de repérer une partie caractéristique telle qu'une face de la pièce à usiner par rapport à ce même référentiel.

  

[0003]    Ce problème est en général résolu en deux étapes. Dans une première étape, l'outil ou la pièce sont repérés par rapport au référentiel du porte-outil ou de la palette, à l'aide d'un banc de préréglage. Dans une deuxième étape, le système d'attachement de la machine à électroérosion assure un positionnement exact du porte outil ou de la palette par rapport au référentiel géométrique de la machine. Ces dispositifs d'attachement doivent être précis, rigides et résister à l'usure. Ils renchérissent considérablement l'installation.

  

[0004]    La présente invention est de trouver une solution permettant d'atteindre une excellente précision sur la pièce finie malgré l'utilisation de systèmes d'attachement moins précis donc meilleurs marchés.

  

[0005]    En outre, dans les travaux exigeant une excellente précision, les utilisateurs sont perpétuellement confrontés à des problèmes de dérives géométriques lentes. Généralement elles sont provoquées par des déformations thermiques. La machine subit des dilatations et des contractions, ainsi que des déformations angulaires de sa structure en raison des variations de température. Les machines de précision sont installées dans des locaux climatisés très coûteux et mal adaptés aux travaux de production en série. Les organes critiques de certaines machines sont stabilisés en température ce qui complique considérablement leur structure. La présente invention a également pour but de trouver des solutions permettant de compenser au niveau de la pièce les effets des dérives lentes de toutes natures. Il peut s'agir de dérives d'origine thermique.

   Mais également des dérives de pièces qui se déforment durant un usinage en raison de la libération progressive de tensions internes induites par une opération préalable de trempe.
La masse d'une pièce peut varier en outre d'une manière considérable durant un usinage de longue durée et provoquer la rétractation lente du bâti de la machine et par suite une accumulation d'erreurs sur la pièce.

  

[0006]    La présente invention permet de remédier à tous ces problèmes précités et la machine d'usinage par électroérosion est caractérisée à cet effet par le fait qu'elle comprend un dispositif de détection comprenant un appareil de détection optique fixé au moyen d'un attachement à une partie de la machine et susceptible de visualiser au moins une première particularité de repérage située sur le premier ensemble selon un axe optique prédéterminé fixe par rapport audit attachement, l'appareil de détection optique étant agencé de façon à visualiser au moins une seconde particularité de repérage située sur le second ensemble selon le même axe optique prédéterminé, de façon à permettre la détection de toute dérive géométrique relative entre le premier et le second ensembles et la correction de cette dérive géométrique.

  

[0007]    Grâce à ces caractéristiques, le positionnement de l'outil et de la pièce, ainsi que de leurs éléments de fixation et d'attachement peut être déterminé de façon très précise sans décalage et ceci de manière simple et peu onéreuse. Il est ainsi possible de déterminer toute dérive géométrique et la corriger de façon à obtenir un usinage de haute précision sans devoir recourir à des systèmes d'attachement coûteux, à des locaux climatisés et/ou à des dispositifs complexes de stabilisation en température.

  

[0008]    Avantageusement, les organes d'attachement comportent un porte-outil sur lequel l'outil est fixé et qui coopère avec les éléments de montages attachés à un coulisseau coulissant selon un axe Z de la machine, l'appareil de détection optique étant fixé sur les éléments de montage ou sur le coulisseau et susceptible de visualiser selon le même axe optique prédéterminé d'une part au moins la première particularité de repérage située sur l'outil ou sur son porte-outil et d'autre part au moins la seconde particularité de repérage située sur la pièce ou ses éléments de fixation.
On obtient ainsi une grande précision de positionnement ou de repositionnement de l'outil par rapport à la pièce, donc une précision d'usinage élevée, tout en bénéficiant d'une construction simple, fiable et peu coûteuse.

  

[0009]    Un mode d'exécution très favorable est caractérisé par le fait que les éléments de montage comportent un mandrin coopérant avec le porte-outil et monté tournant selon un axe C parallèle à l'axe Z dans une pièce de fixation ou sur le coulisseau, l'appareil de détection optique étant monté sur la pièce de fixation ou sur le coulisseau et susceptible de repérer, selon le même axe optique prédéterminé les premières et secondes particularités de repérage à travers des ouvertures prévues dans le mandrin et/ou le porte-outil. Grâce à cette construction, la détection et la surveillance de toute dérive géométrique sont obtenues très précisément et aisément sans devoir enlever le porte-outil.

  

[0010]    De façon avantageuse, le porte-outil présente au moins une portion saillante susceptible d'occuper une position en regard de l'appareil de détection optique, ladite première particularité de repérage étant située sur cette portion saillante.
Ces caractéristiques permettent une construction particulièrement simple.

   Des machines d'usinage préexistantes peuvent en outre être équipées ultérieurement avec le dispositif de détection de l'invention.
Favorablement, les premier et/ou second ensembles sont montés tournants autour d'un axe de rotation C de façon qu'au moins deux particularités de repérage puissent être visualisées successivement sur le premier et/ou le second ensemble selon le même axe optique de manière à permettre la détection de déformations homothétiques de l'outil et de ses organes d'attachement et/ou de la pièce et de ses éléments de fixation. On entend ici par "déformations homothétiques" l'ensemble des phénomènes de dilatation ou de contraction de faible amplitude qui peuvent affecter des pièces mécaniques.

   Grâce à ces caractéristiques, il est possible d'obtenir un (re)positionnement très précis de l'outil par rapport à la pièce donc une précision d'usinage encore accrue. L'appareil de détection optique est favorablement une caméra CCD.

  

[0011]    L'invention concerne également un procédé de positionnement pour machine d'usinage par électroérosion comprenant, un outil destiné à usiner une pièce sous l'effet de décharges électriques érosives, un bâti et un ensemble mécanique permettant d'effectuer des mouvements relatifs entre l'outil et la pièce, un premier ensemble comprenant l'outil et des organes d'attachement de l'outil à une première partie de la machine, un second ensemble comprenant la pièce et des éléments de fixation de la pièce à une seconde partie de la machine, caractérisé par le fait que l'on contrôle le positionnement de l'outil et de la pièce sur la machine au moyen d'un dispositif de détection comprenant un appareil de détection optique,

   en visualisant au moins une première particularité de repérage située sur le premier ensemble selon un axe optique prédéterminé et en visualisant au moins une seconde particularité de repérage située sur le second ensemble selon le même axe optique prédéterminé de façon à permettre la détection de toute dérive géométrique relative entre le premier et le second ensemble et à corriger cette dérive géométrique.

  

[0012]    D'autres avantages ressortent des caractéristiques figurant dans les revendications dépendantes et de la description exposant ci-après l'invention plus en détails à l'aide de dessins qui représentent schématiquement à titre d'exemple des modes d'exécution et des variantes et qui comportent les figures suivantes:
<tb>La fig. 1<sep>illustre un premier mode d'exécution en perspective;


  <tb>La fig. 2<sep>montre une vue de détail de la fig. 1;


  <tb>Les fig. 3a, 3b et 3c<sep>sont des vues en coupe longitudinale et transversales d'une partie de la fig. 1;


  <tb>La fig. 4<sep>montre une variante en perspective;


  <tb>La fig. 5<sep>est une vue en perspective partielle d'un second mode d'exécution;


  <tb>La fig. 6<sep>illustre un procédé permettant de corriger les dérives géométriques de toutes origines.

  

[0013]    En référence aux fig. 1et 2, le premier mode d'exécution de la machine d'usinage par électroérosion en question présente une architecture de grande dimension particulièrement sensible aux dérives thermiques et autres dérives géométriques. Il comprend une table de travail 11 horizontale reposant sur un bâti fixe 12 comportant à sa base un réservoir 14 de liquide diélectrique. La table de travail 11 est agencée dans un bac de travail 15 entourant la zone d'usinage 16. L'opérateur accède à la table de travail par une porte, non représentée, prévue dans la face antérieure du bac de travail 15.

  

[0014]    Le bâti 12 possède deux parois latérales 17, 18 constituées par des consoles évidées et sur lesquelles repose un portique 20 coulissant sur deux premières glissières 21, 22 parallèles et horizontales montées sur la partie haute des deux consoles 17, 18.

  

[0015]    Ces premières glissières 21, 22 permettent des déplacements du portique 20 suivant l'axe linéaire X de la machine. Deux secondes glissières 25, 26 parallèles et horizontales se trouvent à l'intérieur du portique 20. Elles permettent des déplacements d'un chariot 27 selon un axe linéaire Y perpendiculaire à l'axe X de la machine. Le chariot 27 supporte à son tour, par l'intermédiaire de troisièmes glissières 28, 29 un coulisseau 30 qui se déplace verticalement par rapport au chariot 27 selon un axe Z de la machine perpendiculaire aux axes X et Y.

  

[0016]    La machine de ce mode d'exécution est donc équipée de trois axes linéaires X, Y, Z. Un axe rotatif 31 dont l'axe est vertical parallèle à l'axe Z est prévu à la partie inférieure de coulisseau 30. L'ensemble ainsi constitué forme une tête d'usinage 32. Il peut s'agir d'une broche de fraiseuse ou d'un axe C d'une machine d'électroérosion.

  

[0017]    L'axe rotatif 31 est équipé d'un mandrin 57 dans lequel est fixé un porte-outil 36 qui maintient un outil 37 à l'aide d'un attachement rigide.

  

[0018]    Le porte-outil 36 et son mandrin 57 constituent les organes d'attachement 40 de l'outil 37. Celui-ci avec ses organes d'attachement forme un premier ensemble 41.

  

[0019]    Un second ensemble 42 comprend la pièce 45 à usiner avec ses éléments de fixation 46. Ces derniers incluent une palette 47 fixée à l'aide d'un autre attachement rigide sur la table de travail 11. La pièce 45 est maintenue sur la palette 47 grâce à des mors 48 d'un étau de montage.

  

[0020]    L'outil 37 est destiné à usiner la pièce 45 sous l'effet de décharges électriques érosives produites par un générateur non représenté. Un ensemble mécanique comportant les axes linéaires X, Y, Z et l'axe rotatif C contrôlés par une unité de commande numérique permet d'effectuer des mouvements relatifs entre l'outil et la pièce.

  

[0021]    Des moyens automatiques, non représentés sur les figures, tels que changeurs d'outils, changeur de palettes ou robots manipulateurs, permettent d'évacuer la palette 47 ainsi que la ou les pièces 45 qu'elle transporte lorsque l'opération d'usinage est terminée. Le porte-outil 36 peut également être évacué automatiquement. Une nouvelle palette et/ou un nouveau porte-outil sont ensuite chargés sur la machine afin de poursuivre les opérations d'usinage.

  

[0022]    La machine d'usinage comprend un dispositif de détection 50 du positionnement de l'outil 37 et de la pièce 45 sur la machine. Le dispositif 50 comprend un appareil de détection optique 51 susceptible de visualiser au moins une première particularité de repérage située sur le premier ensemble 41, à savoir sur l'outil et/ou ses organes d'attachement 40, selon un axe optique 52 prédéterminé et fixe par rapport à l'attachement sur la machine du dispositif de détection optique 51. L'appareil de détection optique 51 est en outre agencé de façon à visualiser au moins une seconde particularité de repérage située sur le second ensemble 42, à savoir la pièce 45 et/ou ses éléments de fixation 46, selon le même axe optique 52 prédéterminé, de façon à permettre la détection de toute dérive géométrique du premier ou de second ensemble 41, 42.

  

[0023]    Un des objets de l'invention consiste à faire en sorte que l'outil 37 étant en place, l'appareil de détection optique 51 visualise dans un premier temps au moins une particularité de repérage P1, P2 propre à l'outil 37 ou audit premier ensemble 41. Dans un second temps, un mouvement de l'outil 37 dégage le champ de vision de l'appareil de détection optique et lui permet de visualiser au moins une particularité de repérage P11, P12 propre à la pièce 45 ou au second ensemble 42. Ledit mouvement de l'outil 37 peut être réalisé simplement en évacuant le porte-outil 36 du mandrin 57. Une autre façon d'effectuer ledit mouvement de l'outil peut être de faire tourner l'axe C. Une telle disposition permet d'une manière avantageuse de minimiser la distance entre l'axe optique et le barycentre de l'outil, voire de l'annuler.

   Dans le précédent énoncé, il va de soi que les notions d'outil et de pièce sont interchangeables. Les mêmes dispositions pouvant être appliquée soit à l'outil soit à la pièce. De plus, sur une machine à électroérosion, ces deux notions ne diffèrent que par la polarité de la tension d'usinage appliquée. Par suite on retiendra d'une manière générale qu'au moins une partie du premier ensemble 40 est susceptible d'être déplacée d'une première position dans laquelle l'appareil de détection optique 51 visualise ladite au moins une première particularité de repérage sur le premier ensemble 40 selon ledit axe optique, vers une seconde position dans laquelle l'appareil de détection optique 51 visualise ladite au moins une seconde particularité de repérage sur le second ensemble 42 selon le même axe optique.

  

[0024]    L'appareil de détection optique est dans ce mode d'exécution une caméra CCD (charge coupled detector).

  

[0025]    En référence aux fig. 3a, 3b, 3c, l'outil 37 est fixé au moyen de quatre boulons sur le porte-outil 36. Celui-ci comprend une plaque 55 en acier ressort et une tige centrale 56 destinée à coopérer avec le mandrin 57 pour former des éléments de montage et d'attachement rigides. Sur le mandrin 57 quatre picots 58 de forme pyramidale en métal dur assurent le positionnement du porte-outil 36 en venant s'encastrer dans des ouvertures 59 pratiquées dans la plaque 55.

  

[0026]    Le mandrin 57 est vissé à un arbre 60 formant l'axe C. Cet arbre est monté tournant dans une pièce de fixation 61 grâce à un roulement 62. La pièce de fixation 61 est rigidement attachée au coulisseau 30 de la fig. 1.

  

[0027]    L'appareil de détection optique 51 est monté sur la pièce de fixation 61 ou sur le coulisseau 30 au moyen d'une bague de montage 63. Il permet de visualiser des particularités de repérage se trouvant sur l'outil 37 ou sur le porte-outil 36 selon l'axe optique 52 grâce à des alésages 64, 65, prévus dans le mandrin 57 et la plaque 55.

  

[0028]    Lorsque l'outil 37 est enlevé ou tourné de 90[deg.], l'appareil de détection optique 51 permet de visualiser d'autres particularités de repérage sur la pièce 45 ou sur ses éléments de fixation 4 6 selon le même axe optique 52 qui reste fixe, et ceci à travers les alésages 64a et 65a prévus dans le mandrin 57 et la plaque 55.

  

[0029]    L'appareil de détection optique 51 est une caméra CCD avec un miroir fixe ou un prisme de renvoi permettant de détecter, mesurer et corriger toute dérive géométrique de l'outil 37, du porte-outil 36, de la pièce ou des pièces 45, de la palette 47 et de la table de travail 11 en effectuant des mouvements selon les axes X, Y, Z et/ou C. Cette caméra CCD comporte des éléments d'éclairage par exemple sous forme d'une couronne de diodes luminescentes destinées à éclairer la surface sur laquelle les particularités de repérage doivent être détectées et mesurées. Son axe optique 52 est parallèle à l'axe de rotation C. Les deux axes ne sont éloignés que de quelques centimètres.

  

[0030]    Selon une variante représentée à la fig. 4, la caméra CCD 51a est fixée sur le capot de protection 70 d'un arbre 60a de l'axe C monté tournant dans le coulisseau 30. L'axe C met en rotation un mandrin 57a qui maintient rigidement un porte-outil 36a sur lequel est fixé l'outil 37. Le positionnement du porte-outil 36a dans le mandrin 57a est assuré par quatre pièces de butée 71.

  

[0031]    Le porte-outil 36a comporte une plaque 55a en acier ressort prolongée par une portion saillante sous forme d'une languette 72 susceptible d'occuper une position en regard de la caméra CCD 51a. Cette languette présente au moins une particularité de repérage pouvant être visualisée par la caméra afin de permettre la détection de dérives géométriques du porte-outil et de l'outil.

  

[0032]    Selon une variante, la plaque 55a comporte au moins une seconde languette 73 qui peut être placée en regard de la caméra 51a par rotation du mandrin 57a autour de l'axe C. En mesurant le positionnement de particularités de repérage sur les deux languettes 72, 73 il est possible d'évaluer des dérives géométriques de type homothétie.

  

[0033]    Selon des variantes, le porte-outil 36a pourrait être muni de plusieurs languettes ou d'une zone annulaire susceptible de se présenter devant la caméra 51a, ce qui permet de compenser des dérives entre l'axe de porte-outil et l'axe de la caméra, ainsi que des dérives propres à l'outil. La ou les languettes attachées au porte-outil ou à l'outil permettent à la caméra de repositionner l'outil ou le porte-outil dans son référentiel malgré l'éloignement des axes du porte-outil et de la caméra.

  

[0034]    Lorsque le porte-outil 36a est enlevé ou tourné d'un angle prédéterminé, la caméra CCD 51a permet de visualiser une ou plusieurs particularités de repérage situées sur la pièce et/ou ses éléments de fixation afin de déterminer une éventuelle dérive géométrique de ces éléments.

  

[0035]    La fig. 5 illustre un autre mode d'exécution de l'invention. On y retrouve la partie inférieure du coulisseau 30b de la machine représentée à la fig. 1, mais dans le cas représenté la machine n'est pas équipée d'un axe C. Toutefois, le mandrin 57b caractérisé par un attachement comportant quatre accouplements coniques 81, pourrait très bien être embarqué dans un axe C dans une exécution similaire à celle représentée aux fig. 3a, b et c.

  

[0036]    Le porte-outil 36b qui peut également faire office de porte pièce ou de palette comporte quatre tiges 80 destinée à venir s'encastrer dans des orifices correspondants 81 du mandrin 57b. Les quatre tiges 80 sont boulonnées sur une plaque support 82 relativement épaisse, constituant la base du porte-outil 36b, sur laquelle on peut par exemple fixer une électrode outil 37.

  

[0037]    La particularité de ce mode d'exécution est qu'une caméra CCD 51b est incorporée à l'intérieur du mandrin 57b entre les orifices 81 et à égale distance de chacun d'eux. D'autre part, la plaque support 82 est munie d'un orifice traversant 83 en son centre.

  

[0038]    Un tel arrangement procure certains avantages par rapport aux modes précédents:

  

[0039]    Quand la porte outil 36b est assujettie au mandrin 57b, la caméra 51b peut viser directement l'outil 37 sur sa face supérieure à travers l'orifice 83 et non plus un élément quelconque du porte outil. Cela permet de simplifier l'opération de montage et de réglage de l'outil 37b sur son porte-outil 36b. L'outil peut être fixé sur le porte-outil sans qu'il soit nécessaire d'identifier la position du référentiel outil par rapport au référentiel porte-outil. Il est donc avantageux d'installer l'outil 37 sur son porte-outil 36b de telle sorte que l'axe optique de la caméra 51b soit proche du barycentre de l'outil. De cette façon, les dérives géométriques propres de l'outil seront minimisées. Lorsque le porte-outil est enlevé, la caméra CCD permet de visualiser directement la pièce selon le même axe optique.

  

[0040]    La fig. 6 est une représentation symbolique d'un procédé simplifié permettant de mesurer et de corriger les dérives géométriques de toutes origines à l'aide de l'invention. Il faut toutefois supposer que ces dérives sont de nature homogène, c'est-à-dire que toutes les régions observées sont soumises aux mêmes influences.

  

[0041]    Le carré en traits pleins symbolise le pourtour initial d'une pièce qui doit subir un usinage.

  

[0042]    La forme quelconque en traits pleins à l'intérieur du même carré symbolise un pourtour à l'intérieur duquel, ou à la frontière duquel, doit avoir lieu l'usinage.

  

[0043]    Les formes correspondantes en pointillé de la pièce et de l'usinage, symbolisent une dérive géométrique générale de l'ensemble. Sur la fig. 6, les formes en pointillé ont été obtenues en imposant aux formes correspondantes en traits pleins des translations, rotations et homothéties de valeurs volontairement excessives dans le but de faciliter la compréhension. Il faut noter que la ou les rotations ainsi que la ou les homothéties ne peuvent être dans la réalité que de valeurs modérées pour rester conformes à ce qu'une machine d'électroérosion serait susceptible de subir en matière de dérive thermique ou autre.

  

[0044]    A l'aide de la caméra CCD, préalablement à l'opération d'usinage, on repère les positions de trois points cibles P1, P2, P3 sur la surface supérieure d'une pièce assujettie à la table de la machine. Trois points pour simplifier l'illustration; mais le résultat sera d'autant meilleurs que l'on inclura un plus grand nombre de points dans le calcul. Les trois points P1, P2, P3 constituent lesdites particularités de repérage, telles que des textures caractéristiques.

  

[0045]    On suppose que la géométrie dérive lentement mais régulièrement durant l'usinage. Il est de surcroît possible de déterminer une période approximative T à l'intérieur de laquelle on considère que les dérives géométriques produisent des erreurs tolérables. Par exemple on peut savoir qu'en [1/4] d'heure les erreurs ne vont pas excéder les 5 micromètres que l'on peut tolérer.

  

[0046]    On va donc interrompre l'usinage tous les [1/4] d'heure pour rechercher à l'aide de la caméra la nouvelle position des points cibles P1, P2, P3qui se sont déplacés selon trois vecteurs 
 <EMI ID=2.1> 
Il est à noter qu'il n'est pas nécessaire de déterminer un quelconque modèle mathématique selon lequel ils auraient subit ledit déplacement. Il suffit de mesurer de combien chacun d'eux s'est déplacé.

  

[0047]    Soit t le temps intermédiaire qui se déroule durant la 2<è><me>période d'[1/4] d'heure pendant laquelle l'usinage se poursuit. Ce temps intermédiaire t, étant normalisé, varie de O à 1 du début à la fin de la période d'usinage T de [1/4] d'heure. Chaque point O de la zone qui est à usiner doit être repositionné pour tenir compte des dérives subies par la pièce. La correction devant être appliquée au point O est par exemple un vecteur 
 <EMI ID=3.1> 
 selon la formule:

 <EMI ID=4.1> 


  

[0048]    Les quantités 
 <EMI ID=5.1> 
 sont des vecteurs; les autres quantités OP1, OP2, OP3sont des scalaires correspondants aux distances séparant le point O des points cibles initiaux P1, P2ou P3.

  

[0049]    On continue ainsi de suite de [1/4] d'heure en [1/4] d'heure. D'une manière générale, la correction applicable à O est une moyenne de type harmonique des déplacements subits par les points cibles initiaux P1, P2 ou P3; moyenne extrapolée dans la période d'usinage suivante.

  

[0050]    Une moyenne de type harmonique similaire se calcule pour un nombre quelconque de points cibles mesurés. Deux points au minimum sont nécessaires. Elle s'exprime pour un nombre n de points cibles selon la formule suivante:

 <EMI ID=6.1> 


  

[0051]    A l'usage, il est apparu qu'une moyenne de type quadratique selon la formule ci-après apporte encore une meilleure précision de correction:

 <EMI ID=7.1> 


  

[0052]    Pour trois points cibles initiaux P1,P2, P3.

  

[0053]    Formule qui se généralise pour n points à l'expression suivante:

 <EMI ID=8.1> 


  

[0054]    Il est évident que les points mesurés doivent se situer en dehors de la zone devant subir l'usinage, sinon ils seraient susceptibles de disparaître lors des mesures ultérieures. En ce qui concerne la correction des dérives géométriques subies par l'outil, on procède de façon analogue avec au moins deux particularités de repérage.

  

[0055]    D'une manière générale, on applique une correction aux points 0 de la pièce et/ou de l'outil en calculant une dérive moyenne 
 <EMI ID=9.1> 
à partir des dérives géométriques 
 <EMI ID=10.1> 
 mesurées pour au moins deux points cibles initiaux P1, P2, P3 correspondants auxdites particularités de repérage. Ladite dérive moyenne 
 <EMI ID=11.1> 
peut être par exemple de type harmonique ou de type quadratique des dérives géométriques 
 <EMI ID=12.1> 
mesurées pour lesdits au moins deux points cibles initiaux P1, P2, P3correspondants auxdites particularités de repérage. Au sujet des particularités de repérage des points cibles P1, P2, P3, il est possible d'utiliser la texture naturelle d'une surface métallique sans qu'il soit nécessaire d'imprimer sur cette surface une quelconque image préétablie.

   Chaque région de la surface comporte une structure microscopique suffisamment différenciée pour être reconnue ultérieurement par une caméra CCD selon le modèle d'une empreinte digitale. La reconnaissance de texture fonctionne d'une manière fiable sur des surfaces rectifiée non polies. Les surfaces obtenues par électroérosion sont encore plus favorables au procédé. L'analyse d'image permet, à l'intérieur d'un périmètre d'analyse de quelques millimètres, de détecter le déplacement d'une image dans une direction perpendiculaire à l'axe optique avec une précision meilleure que celle des règles de mesures installées sur les axes linéaire de la machine. De plus il est possible de mesurer une position dans la direction parallèle à l'axe optique (cote Z) avec une précision similaire à celle de ces mêmes règles.

   Par exemple, une précision de plus ou moins 0.0002 mm est atteinte en XY; et de 0.002 mm en Z.
La mesure en XY est même possible en condition de travail sur une surface de pièce mouillée par le liquide d'usinage et malgré la présence d'impuretés.

  

[0056]    L'analyse d'image permet de déterminer les dérives géométriques, les décalages et les rotations entre une image mémorisée, à laquelle est associée une position XY idéale et une image réelle qui s'est déplacé par rapport à la précédente. La méthode mathématique est basée sur la reconnaissance morphologique telle que décrite dans "Texture mapping by successive refinement" de Stefan Horbelt, Philippe Thévenaz et Michael Unser, Biomédical Imaging Group, IOA, DMT, EPFL et dans "Verschiebungsanalyse auf Basis der Grauwertkorrelation" Chemnitzer Werkstoffmechanik GmbH (http://www.cwm-chemnitz.de/techniques/unidac.html). Le logiciel d'analyse d'image peut être implanté sur un PC externe à la commande numérique de la machine et lui fournir les informations géométriques nécessaires aux corrections.

   Ces fonctions pourront également être intégrées à la commande numérique.
Le procédé de reconnaissance des particularités de repérage se révèle étonnamment robuste dans le domaine de l'électroérosion. La texture cible peut être repérée malgré que la pièce soit recouverte d'un film de liquide diélectrique souillé par les débris d'usinage.

  

[0057]    Les procédures de réglage de l'outil et de la pièce sont exposées ci-après et dépendent de la construction de la machine à électroérosion, en particulier du fait que cette machine présente un axe de rotation C ou non.

A) Procédure de réglage de l'outil avec axe C

  

[0058]    Liste des opérations sur le banc de préréglage:
A1) Fixer l'outil sur son porte-outil.
A2) Fixer le porte-outil muni de son outil sur le banc de préréglage.
A3) Identifier le référentiel outil ; par exemple deux axes orthonormés Ox, Oy correspondants à deux faces perpendiculaires de l'outil.
A4) Choisir dans le référentiel outil les coordonnées d'au moins deux points P1 et P2 correspondant à des particularités de repérage devant servir à repérer l'outil.

   Ces points sont choisis sur une face horizontale de l'outil ou du porte-outil, dans une région telle qu'ils puissent se situer immédiatement dans le champ de vision de la caméra de la machine, lorsque le porte-outil sera monté sur le mandrin de la machine, ou être transporté dans son champ de vision par une rotation de l'axe C.
A5) La caméra du banc de préréglage identifie pour chacun des points P1, P2 les textures respectives caractéristiques de ces points.
A6) Transmettre à la commande numérique de la machine les coordonnées des points (P1x, P1y), (P2x, P2y) dans le référentiel outil, ainsi que les textures associées.

  

[0059]    Liste des opérations sur la machine à électroérosion:
A7) Fixer le porte-outil muni de son outil dans le mandrin de la machine.
A8) Mettre en rotation l'axe C jusqu'à ce que la caméra reconnaisse dans son champ de vision la texture associée au point P1.
A9) Stopper la rotation.
A10) La caméra reconnaît la texture associée au point P1et lui attribue des coordonnées (P1x, P1y) dans le référentiel machine.

   Pour ce faire, un changement de coordonnées est nécessaire en raison de la rotation de l'axe C.
A11) Transmettre à la commande numérique de la machine à électroérosion les coordonnées (P1x, P1y).
A12) Reprendre à l'étape A8 pour que la caméra reconnaisse le point P2, etc.
A13) A partir des coordonnées (P1x, P1y), (P2x, P2y) dans le référentiel outil, ainsi que des coordonnées (P1x, P1y), (P2x, P2y) dans le référentiel machine, la commande numérique de la machine est en mesure selon des procédés connus de situer l'outil dans le référentiel machine.

   C'est-à-dire:
de corriger les erreurs de positionnement provoquée par l'attachement entre le porte-outil et le mandrin qui se traduisent par une translation et une rotation dans le plan horizontal,
d'évaluer les dérives thermiques subies par l'outil depuis le moment où il a été mesuré sur le banc de préréglage.
A14) L'outil est utilisé pour usiner la pièce.
A15) Si l'outil et son porte-outil doivent être déposés, on reprend les opérations l'étape A7 pour garantir un repositionnement exact.

B) Procédure de réglage de l'outil sans axe C

  

[0060]    Liste des opérations sur le banc de préréglage:
B1) Fixer l'outil sur son porte-outil.
B2) Fixer le porte-outil muni de son outil sur le banc de préréglage.
B3) Identifier le référentiel outil ; par exemple deux axes orthonormés Ox, Oy correspondants à deux faces perpendiculaires de l'outil.
B4) Choisir dans le référentiel outil les coordonnées de deux points P1, P2 devant servir à repérer l'outil. Ces points sont choisis sur une face horizontale de l'outil ou du porte-outil, dans une région telle qu'ils puissent se situer immédiatement dans le champ de vision de la caméra de la machine, lorsque le porte-outil sera monté sur le mandrin de la machine. Le champ de vision de la caméra est un cercle d'environ 3 mm de diamètre.

   Les points P1 et P2 doivent être suffisamment proches l'un et l'autre pour être visibles en même temps par la caméra.
B5) La caméra du banc de préréglage identifie pour chacun des points P1 et P2 les textures caractéristiques de ces points.
B6) Transmettre à la commande numérique de la machine à électroérosion les coordonnées des points (P1x, P1y), (P2x, P2y) dans le référentiel outil, ainsi que les textures associées.

  

[0061]    Liste des opérations sur la machine à électroérosion:
B7) Fixer le porte-outil muni de son outil dans le mandrin de la machine.
B8) La caméra reconnaît les textures associées aux points P1 et P2 et leurs attribue des coordonnées (P1x, P1y), (P2x, P2y) dans le référentiel machine.
B9) Transmettre à la commande numérique de la machine les coordonnées (P1x, P1y), (P2x, P2y).
B10) A partir des coordonnées (P1x, P1y), (P2x, P2y) dans le référentiel outil, (P1x, P1y) , (P2x, P2y) dans le référentiel machine, la commande numérique de la machine est en mesure selon des procédés connus de situer l'outil dans le référentiel machine.

   C'est-à-dire de corriger les erreurs de positionnement provoquées par l'attachement entre le porte-outil et le mandrin qui se traduisent par une translation et une rotation dans le plan horizontal.
B11) Si l'outil et son porte-outil doivent être déposés, on reprend les opérations à l'étape B7 pour garantir un repositionnement exact.

C) Procédure de réglage de la pièce

  

[0062]    Liste des opérations sur le banc de préréglage:
C1) Fixer la pièce sur sa palette.
C2) Fixer la palette supportant la pièce sur le banc de préréglage.
C3) Identifier le référentiel pièce; par exemple deux axes orthonormés Ox, Oy correspondants à deux faces perpendiculaires de la pièce.
C4) Choisir dans la référentielle pièce les coordonnées d'au moins deux points P11 et P12 correspondant à des particularités de repérage devant servir à repérer la pièce. Ces points sont choisis sur une face horizontale de la pièce ou de la palette.
C5) La caméra du banc de préréglage identifie pour chacun des points P11, P12 les textures respectives caractéristiques de ces points.
C6) Transmettre à la commande numérique de la machine les coordonnées des points (P11x, P11y), (P12X, P12Y) relatives au référentiel pièce, ainsi que les textures associées.

  

[0063]    Liste des opérations sur la machine à électroérosion:
C7) Fixer la palette supportant la pièce sur la table de la machine.
C8) Connaissant les décalages standard, à environ 0.1 mm près, provoqués par le système d'attachement entre table et pièce via la palette, la commande numérique calcule dans le référentiel machine la position approximative des points P11, P12.
C9) Deux options sont possibles selon que la machine est ou non équipée d'un axe C.
C9i) si pas d'axe C, le porte-outil doit être déposé pour que la caméra puisse voir la pièce ou la palette.
C9ii) s'il y a un axe C, celui-ci doit s'orienter pour dégager le champs de vision de la caméra,

   c'est-à-dire par exemple placer un orifice dans le porte-outil en face de l'objectif de la caméra de telle sorte que la caméra puisse viser la pièce ou la palette selon l'axe optique prédéterminé.
C10) Déplacer les axes X, Y, Z pour que la caméra reconnaisse dans son champ de vision la texture associée au point P11et puisse effectuer une mesure précise.
C11) La caméra reconnaît la texture associée au point P11et lui attribue des coordonnées exactes (P11x, P11y) dans le référentiel machine.
C12) Transmettre à la commande numérique les coordonnées (P11x, P11y).
C13) Reprendre à l'étape C10 pour que la caméra reconnaisse le point P12, etc.
C14) A partir des coordonnées (P11x, P11y), (P12x, P12y) dans le référentiel pièce, ainsi que des coordonnées (P11x, P11y), (P12 x, P12y) dans le référentiel machine,

   la commande numérique est en mesure selon des procédés connus de situer exactement la pièce dans le référentiel machine. C'est-à-dire:
d'évaluer et de corriger les erreurs de positionnement provoquées par l'attachement entre la pièce et la palette, la palette et la table, erreurs qui se traduisent par une translation et une rotation dans le plan horizontal.
d'évaluer et de corriger les dérives thermiques subies par la pièce et la palette depuis le moment où elles ont été mesurées sur le banc de préréglage.C15) La pièce à usiner ayant été installée et repérée précisément dans la zone d'usinage, il est possible d'interrompre périodiquement l'usinage et de reconduire la procédure à partir de l'étape CIO dans le but de contrôler les dérives lentes qui peuvent affecter la géométrie de la pièce.
C16)

   L'opérateur peut être amené à interrompre l'usinage pour libérer la pièce ou la palette de leurs attachements dans le but de poursuivre l'usinage soit à un autre emplacement sur la table de la même machine, soit à l'aide d'une autre machine.
C17) La reprise de l'usinage sur la pièce qui a été déplacée puis à nouveau fixée sur la machine nécessite d'abord d'effectuer un repositionnement approximatif de la pièce dans le référentiel machine: l'opérateur indique les décalages et l'angle de rotation approximatifs que la pièce a subit depuis la dernière opération sur la machine.
C18) Pour resituer exactement la pièce dans le référentiel machine, on reprend les opérations à l'étape C8.

  

[0064]    Il est bien entendu que les modes d'exécution et variantes décrits ci-dessus ne présentent aucun caractère limitatif et qu'ils peuvent recevoir toutes modifications désirables dans le cadre défini par les revendications indépendantes.

  

[0065]    En particulier, la machine d'usinage par électroérosion pourrait présenter une toute autre construction. L'outil d'usinage pourrait être de tout type, électrode de forme, tige ou tube de fraisage, fil. L'appareil de détection optique pourrait être de toute autre nature qu'une caméra CCD, par exemple un instrument à laser. Les particularités de repérage pourraient également être formées par des marquages appliqués sur la surface de l'outil, de la pièce ou des leurs organes d'attachement.

  

[0066]    Dans le cas d'une machine à électroérosion par fil, les particularités de repérage P1, P2 pourraient être visualisées sur une portion en saillie éventuellement escamotable solidaire du guide fil supérieur servant de porte outil.

  

[0067]    Dans le cas d'une machine d'électroérosion par fraisage, les particularités de repérage P1, P2 pourraient être situées sur le dispositif de montage de l'électrode de fraisage.

  

[0068]    L'invention est particulièrement favorable aux machines d'usinage par électroérosion en raison de la lenteur relative de ce procédé comparativement à d'autres procédés comme le fraisage ou le tournage à l'aide d'outils tranchants par exemple. Avec l'électroérosion il est envisageable d'interrompre le déroulement de l'usinage pour effectuer des mesures, des étalonnages ou des corrections sans nuire à la rentabilité globale. Cela est contestable dans le cas de procédés d'usinage dont le rendement est très élevé. Mais néanmoins dans son principe, l'invention reste applicable aux machines de fraisage, de tournage, de perçage, de rectification, aux machines d'usinage par électrochimie etc.

  

[0069]    Le premier et le second ensemble pourraient être intervertis, ainsi selon une variante, au moins une partie du second ensemble est susceptible d'être déplacée d'une première position dans laquelle l'appareil de détection optique 51 visualise ladite au moins une première particularité de repérage sur le second ensemble 42 selon ledit axe optique, vers une seconde position dans laquelle l'appareil de détection optique 51 visualise ladite au moins une seconde particularité de repérage sur le premier ensemble 40 selon le même axe optique.

Claims (16)

1. Machine d'usinage par électroérosion comprenant
- un outil (37) destiné à usiner une pièce (45) sous l'effet de décharges érosives,
- un bâti (12) et un ensemble mécanique (X, Y, Z, C) permettant d'effectuer des mouvements relatifs entre l'outil (37) et la pièce (45),
- un premier ensemble (41) comprenant l'outil (37) et des organes d'attachement (40) de l'outil (37) susceptibles d'être rattaché à une première partie (30) de la machine,
- un second ensemble (42) comprenant la pièce (45) susceptible d'être rattachée à l'aide d'éléments de fixation (46) à une seconde partie (11) de la machine,
caractérisée par le fait qu'elle possède un dispositif de détection (50) comprenant un appareil de détection optique (51) fixé au moyen d'un attachement à une partie de la machine et susceptible de visualiser au moins une première particularité de repérage (P1, P2) située sur le premier ensemble (41) selon un axe optique (52) prédéterminé fixe par rapport audit attachement,
- l'appareil de détection optique (51) étant agencé de façon à visualiser au moins une seconde particularité de repérage (P11, P12) située sur le second ensemble (42) selon le même axe optique (52) prédéterminé, de façon à permettre l'évaluation de toute dérive géométrique relative entre le premier et le second ensembles (41, 42) et la correction de cette dérive géométrique.
2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins une partie du premier ensemble (40) est susceptible d'être déplacée d'une première position dans laquelle l'appareil de détection optique (51) visualise ladite au moins une première particularité de repérage sur le premier ensemble (40) selon ledit axe optique, vers une seconde position dans laquelle l'appareil de détection optique (51) visualise ladite au moins une seconde particularité de repérage sur le second ensemble (42) selon le même axe optique.
3. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins une partie du second ensemble (42) est susceptible d'être déplacée d'une première position dans laquelle l'appareil de détection optique (51) visualise ladite au moins une seconde particularité de repérage sur le second ensemble (42) selon ledit axe optique, vers une seconde position dans laquelle l'appareil de détection optique (51) visualise ladite au moins une première particularité de repérage sur le premier ensemble (40) selon le même axe optique.
4. Machine selon les revendications précédentes, caractérisée par le fait que les organes d'attachement (40) comportent un porte-outil (36, 36a, 36b) sur lequel l'outil (37) est fixé et qui coopère avec des éléments de montages (57, 57a, 57b, 61) reliés à un coulisseau (30, 30b) monté coulissant selon un axe Z de la machine, l'appareil de détection optique (51) étant fixé sur les éléments de montage (61) ou sur le coulisseau (30, 30b) et susceptible de visualiser selon le même axe optique (52) prédéterminé d'une part au moins la première particularité de repérage située sur l'outil (37) ou sur son porte-outil (36, 36a, 36b) et d'autre part au moins la seconde particularité de repérage située sur la pièce (45) ou ses éléments de fixation (46).
5. Machine selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les éléments de montage comportent un mandrin (57) coopérant avec le porte-outil (36) et monté tournant selon un axe C parallèle à l'axe Z dans une pièce de fixation (61) ou sur le coulisseau (30), l'appareil de détection optique (51) étant monté sur la pièce de fixation (61) ou sur le coulisseau (30) et susceptible de repérer, selon le même axe optique (52) prédéterminé les premières et secondes particularités de repérage à travers des ouvertures ou dégagements (64, 65, 64a, 65a) prévues dans le mandrin (57) et/ou le porte-outil (36).
6. Machine selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le porte-outil (36a) présente au moins une portion saillante (72, 73) susceptible d'occuper une position en regard de l'appareil de détection optique (51a), ladite première particularité de repérage étant située sur cette portion saillante.
7. Machine selon la revendication 6, caractérisée par le fait que le porte-outil (36a) est monté sur un mandrin rotatif (57a) selon un axe C parallèle avec l'axe Z, la ou les portions saillantes (72, 73) étant susceptibles d'occuper au moins une seconde position angulaire dans laquelle elles ne sont pas en regard de l'appareil de détection optique (51a) de façon que ce dernier est susceptible de visualiser ladite au moins une seconde particularité de repérage située sur le second ensemble (42).
8. Machine selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les éléments de montage comportent une pluralité de tiges (80) destinées à s'encastrer dans des orifices correspondants (81), l'appareil de détection optique (51b) étant disposé au milieu de ces orifices et tiges, le porte-outil (36b) étant muni d'une ouverture traversante (83) agencée de façon que l'appareil de détection optique (51b) est susceptible de viser directement l'outil (37) à travers cette ouverture traversante (83).
9. Machine selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que les premier et/ou second ensembles (41, 42) sont montés tournants autour d'un axe de rotation C de façon qu'au moins deux particularités de repérage puissent être visualisées successivement sur le premier et/ou le second ensemble (41, 42) selon le même axe optique (52) de manière à permettre la détection de déformations homothétiques de l'outil (37) et de ses organes d'attachement (40) et/ou de la pièce (45) et de ses éléments de fixation (46).
10. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'appareil de détection optique (51, 51a, 51b) est une caméra CCD.
11. Procédé de positionnement pour machine d'usinage par électroérosion comprenant,
- un outil (37) destiné à usiner une pièce (45) sous l'effet de décharges électriques érosives,
- un bâti (12) et un ensemble mécanique (X, Y, Z, C) permettant d'effectuer des mouvements relatifs entre l'outil (37) et la pièce (45),
- un premier ensemble (41) comprenant l'outil (37) et des organes d'attachement (40) de l'outil (37) à une première partie (30) de la machine,
- un second ensemble (42) comprenant la pièce (45) et des éléments de fixation (46) de la pièce (45) à une seconde partie (11) de la machine,
- caractérisé par le fait que l'on contrôle le positionnement de l'outil (37) et de la pièce (45) sur la machine au moyen d'un dispositif de détection (50) comprenant un appareil de détection optique (51) en visualisant au moins une première particularité de repérage (P1, P2) située sur le premier ensemble (41) selon un axe optique (52) prédéterminé et en visualisant au moins une seconde particularité de repérage (P11, P12) située sur le second ensemble selon le même axe optique (52) prédéterminé de façon à permettre la détection de toute dérive géométrique relative entre le premier et le second ensemble (41, 42) et à corriger cette dérive géométrique.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on visualise selon le même axe optique (52) prédéterminé les premières et secondes particularités de repérage à travers des ouvertures (64, 64a, 65, 65b) prévues dans les organes d'attachement (40).
13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'on visualise la première particularité de repérage située sur au moins une portion saillante (72, 73) solidaire des organes d'attachement (40).
14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que l'on visualise au moins une première et une seconde particularité de repérage successivement sur le premier et/ou le second ensemble (41, 42) selon le même axe optique (52) en tournant le premier et/ou le second ensemble (41, 42) d'un angle prédéterminé autour d'un axe de rotation C de façon à permettre la détection de déformations homothétiques de l'outil (37) et de ses organes d'attachement (40) et/ou de la pièce (45) et de ses éléments de fixation (46).
15. Procédé selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que l'on applique une correction aux points (0) de la pièce et/ou de l'outil en calculant une dérive moyenne <EMI ID=13.1> à partir des dérives géométriques <EMI ID=14.1> mesurées pour au moins deux points cibles initiaux (P1, P2, P3) correspondants aux dites particularités de repérage.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite dérive moyenne <EMI ID=15.1> est de type harmonique ou de type quadratique des dérives géométriques <EMI ID=16.1> mesurées pour lesdits points cibles initiaux (P1, P2, P3) correspondants auxdites particularités de repérage.
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