CH714509B1 - Dimensional measurement method of a part and measuring tool to implement the method. - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte à une méthode de mesure des dimensions et/ou de la position d'un évidement (3) ou d'une partie en saillie usinée dans une pièce (2), basée sur un chan ement de comportement de la machine d'usinage suite au contact entre un palpeur (4) et la pièce usinée. Plus précisément, la méthode de mesure est basée sur la détection d'une erreur de poursuite d'un axe machine ou d'une augmentation du courant moteur sur un axe machine lors du contact. La présente invention se rapporte également à une méthode de correction dynamique de l'usure d'un outil d'usinage faisant intervenir la méthode de mesure précitée et permettant de compenser directement sur la machine d'usinage des imprécisions d'usinage. Elle se rapporte aussi au palpeur destiné à mettre en oeuvre la méthode de mesure et la méthode de correction dynamique.The present invention relates to a method for measuring the dimensions and / or the position of a recess (3) or of a protruding part machined in a part (2), based on a change in the behavior of the machine. machining following contact between a probe (4) and the machined part. More precisely, the measurement method is based on the detection of a following error of a machine axis or of an increase in the motor current on a machine axis during contact. The present invention also relates to a method of dynamic correction of the wear of a machining tool involving the aforementioned measurement method and making it possible to compensate directly on the machining machine for machining inaccuracies. It also relates to the probe intended to implement the measurement method and the dynamic correction method.
Description
Objet de l'inventionObject of the invention
[0001] La présente invention se rapporte au domaine de l'usinage. Elle se rapporte plus particulièrement à une méthode de mesure de la position et/ou des dimensions d'un évidement ou d'une partie en saillie usinée sur une pièce. Elle se rapporte également à une méthode dynamique permettant de compenser en cours de production les imprécisions d'usinage induites par l'usure de l'outil d'usinage, ladite méthode dynamique faisant intervenir la méthode de mesure précitée. The present invention relates to the field of machining. It relates more particularly to a method of measuring the position and / or dimensions of a recess or of a projecting part machined on a part. It also relates to a dynamic method making it possible to compensate during production for the machining inaccuracies induced by the wear of the machining tool, said dynamic method involving the aforementioned measurement method.
[0002] La présente invention se rapporte en outre à l'outil de mesure mis en oeuvre pour effectuer la méthode de mesure et la méthode dynamique de compensation selon l'invention. [0002] The present invention further relates to the measurement tool used to perform the measurement method and the dynamic compensation method according to the invention.
Arrière-plan technologique et état de la techniqueTechnological background and state of the art
[0003] En usinage, le respect des dimensions avec un faible niveau de tolérance est un paramètre essentiel qui va conditionner la qualité de la pièce usinée. En particulier, lors d'une opération de chassage d'un petit composant dans un alésage de la pièce, il est nécessaire de garantir l'interférence entre le composant et la pièce. C'est cette interférence qui permet de garantir la tenue du composant dans la pièce. Si l'interférence est trop faible, le composant ne sera pas maintenu, et si l'interférence est trop grande, la pièce et/ou le composant seront endommagés lors du chassage. In machining, compliance with dimensions with a low level of tolerance is an essential parameter which will condition the quality of the workpiece. In particular, during an operation for driving a small component into a bore of the part, it is necessary to guarantee the interference between the component and the part. It is this interference which makes it possible to guarantee the resistance of the component in the part. If the interference is too low, the component will not be held, and if the interference is too large, the part and / or the component will be damaged during punching out.
[0004] Le diamètre de l'alésage destiné à recevoir le composant est directement impacté par l'usure de l'outil d'usinage. Comme illustré à la figure 3, l'usure de l'outil va engendrer une réduction du diamètre de l'alésage au cours du temps. Pour garantir la précision des alésages, il est dès lors nécessaire de contrôler en continu les pièces usinées et de surveiller l'usure des outils. Actuellement, la production est soit contrôlée par des moyens rudimentaires peu précis tels qu'une jauge étalon où on vérifie si elle passe ou pas dans l'alésage ou par des moyens métrologiques externes à la production. En cas de non-respect des tolérances, tout le lot produit doit être rebuté, ce qui engendre des coûts conséquents. The diameter of the bore intended to receive the component is directly impacted by the wear of the machining tool. As illustrated in FIG. 3, the wear of the tool will generate a reduction in the diameter of the bore over time. To ensure the accuracy of the bores, it is therefore necessary to continuously check the machined parts and monitor tool wear. Currently, production is either controlled by rudimentary, imprecise means such as a standard gauge where it is checked whether or not it passes through the bore or by metrological means external to production. In the event of non-compliance with the tolerances, the entire batch produced must be discarded, which generates substantial costs.
[0005] Il existe des palpeurs permettant de mesurer les alésages sur la machineoutil en cours de production. Les palpeurs sont généralement équipés d'un système de trigger à ressort qui détecte le contact entre le palpeur et la pièce et évite la rupture du palpeur. Le fonctionnement de ces palpeurs est, par exemple, basé sur un changement de la résistance électrique à travers des éléments de contact du palpeur ou sur la déformation du palpeur induite par le contact avec la pièce. There are probes for measuring the bores on the machine tool during production. The probes are generally equipped with a spring trigger system which detects contact between the probe and the workpiece and prevents the probe from breaking. The operation of these probes is, for example, based on a change in the electrical resistance across contact elements of the probe or on the deformation of the probe induced by contact with the workpiece.
[0006] Ces palpeurs conventionnels ne sont pas toujours adaptés pour des applications de micro-usinage, à savoir pour l'usinage d'alésages ayant des diamètres inférieurs à quelques millimètres, que ce soit pour des raisons technologiques ou pour des raisons d'encombrement sur la machine. [0006] These conventional probes are not always suitable for micromachining applications, namely for the machining of bores having diameters of less than a few millimeters, whether for technological reasons or for reasons of space on the machine.
Résumé de l'inventionSummary of the invention
[0007] La présente invention a ainsi pour objet de proposer une nouvelle méthode de mesure dimensionnelle d'une pièce adaptée, sans y être limitée, pour des applications de micro-usinage. Cette méthode de mesure peut être directement réalisée sur la machine d'usinage. Elle utilise comme outil de mesure une simple tige qui au contact avec la pièce engendre une réponse de la machine d'usinage qui est exploitée pour déterminer la position et les dimensions d'un évidement ou d'une partie en saillie. Plus précisément, c'est une erreur de poursuite sur un ou plusieurs des axes de la machine et/ou une augmentation du courant moteur sur un ou plusieurs de ces axes qui est exploitée pour déterminer, sur base de la position des axes lors du contact, les caractéristiques géométriques de l'évidement ou de la partie en saillie usinée sur la pièce. Cet outil de mesure est ainsi, contrairement au palpeur conventionnel, passif car il est dépourvu de moyens de détection du contact. Cet outil de mesure est plus particulièrement adapté pour mesurer des alésages de très faibles diamètres ayant un diamètre inférieur ou égal à 6 mm, de préférence à 4 mm, plus préférentiellement à 2 mm et encore plus préférentiellement à 1 mm, le diamètre minimum pouvant être aussi petit que 0.3 mm. [0007] The object of the present invention is thus to propose a new method of dimensional measurement of a part suitable, without being limited thereto, for micromachining applications. This measurement method can be carried out directly on the machining machine. It uses as a measuring tool a simple rod which in contact with the workpiece generates a response from the machining machine which is used to determine the position and dimensions of a recess or a protruding part. More precisely, it is a following error on one or more of the axes of the machine and / or an increase in the motor current on one or more of these axes which is exploited to determine, on the basis of the position of the axes during contact. , the geometric characteristics of the recess or of the protruding part machined on the part. This measuring tool is thus, unlike the conventional probe, passive because it has no contact detection means. This measuring tool is more particularly suitable for measuring very small diameter bores having a diameter less than or equal to 6 mm, preferably 4 mm, more preferably 2 mm and even more preferably 1 mm, the minimum diameter possibly being as small as 0.3 mm.
[0008] La présente invention propose en outre une nouvelle méthode permettant de garantir la précision des usinages grâce à une correction dynamique de l'usure de l'outil d'usinage. Cette nouvelle méthode de correction dynamique est rendue possible grâce à la méthode de mesure susmentionnée pouvant être mise en oeuvre directement sur la machine d'usinage. [0008] The present invention also proposes a new method making it possible to guarantee the precision of the machining operations thanks to a dynamic correction of the wear of the machining tool. This new dynamic correction method is made possible by the aforementioned measurement method which can be implemented directly on the machining machine.
[0009] La méthode de correction dynamique selon l'invention consiste : tout d'abord à mesurer précisément les dimensions de l'outil d'usinage neuf, ensuite à usiner un(e) ou plusieurs évidements/parties en saillie avec ledit outil dans une première pièce, ensuite à mesurer sur la machine d'usinage les dimensions du dernier évidement ou de la dernière partie en saillie usinée, à calculer un facteur correctif permettant de compenser les différences entre les dimensions nominales de l'évidement ou de la partie en saillie requises et celles effectivement mesurées après usinage, à usiner à nouveau un(e) ou plusieurs évidements/parties en saillie sur cette même première pièce ou sur des pièces suivantes, à mesurer à nouveau sur la machine d'usinage les dimensions du dernier évidement ou de la dernière partie en saillie usinée afin d'ajuster le facteur correctif et, ainsi de suite, jusqu'à la fin de vie de l'outil.The dynamic correction method according to the invention consists: first of all to precisely measure the dimensions of the new machining tool, then machining one or more recesses / protruding parts with said tool in a first part, then measuring on the machining machine the dimensions of the last recess or the last protruding part machined, to calculate a corrective factor making it possible to compensate for the differences between the nominal dimensions of the required recess or protruding part and those actually measured after machining, to machine again one or more recesses / protruding parts on this same first part or on subsequent parts, measuring again on the machining machine the dimensions of the last recess or of the last protruding part machined in order to adjust the corrective factor and, so on, until the end of the tool's life.
[0010] Cette méthode de compensation dynamique permet ainsi de garantir sur toute la durée de vie de l'outil un usinage précis avec une faible tolérance et, ce, sans devoir mesurer toutes les pièces. En effet, un ajustement du facteur correctif n'est pas requis après chaque usinage mais peut être réalisé, selon le niveau tolérance souhaité, à une fréquence plus ou moins grande. [0010] This dynamic compensation method thus makes it possible to guarantee precise machining over the entire life of the tool with a low tolerance, without having to measure all the parts. Indeed, an adjustment of the corrective factor is not required after each machining but can be carried out, according to the desired tolerance level, at a greater or lesser frequency.
Brève description des figuresBrief description of the figures
[0011] La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit, se référant, à titre d'exemple, aux figures 1 à 14. The present invention will be better understood in the light of the following description, referring, by way of example, to Figures 1 to 14.
[0012] La figure 1 illustre schématiquement un procédé d'usinage par interpolation permettant à partir d'un seul outil d'usiner des alésages de différents diamètres. [0012] FIG. 1 schematically illustrates a method of machining by interpolation allowing from a single tool to machine bores of different diameters.
[0013] La figure 2 illustre en fonction des coordonnées X,Y le rayon de l'outil (Routil) et le rayon d'interpolation (Rip) requis pour l'usinage d'un diamètre d'alésage (ΦAlésage) donné dans le cas d'un usinage par interpolation tel que montré à la figure 1. FIG. 2 illustrates, as a function of the X, Y coordinates, the radius of the tool (Routil) and the interpolation radius (Rip) required for the machining of a bore diameter (ΦBore) given in the case of interpolation machining as shown in figure 1.
[0014] La figure 3 illustre graphiquement l'impact de l'usure de l'outil d'usinage sur le diamètre de l'alésage au cours du temps. L'axe Y représente le diamètre de l'alésage en fonction, sur l'axe X, du nombre d'alésages pour un outil ayant un diamètre nominal de 0.5 mm. [0014] FIG. 3 graphically illustrates the impact of the wear of the machining tool on the diameter of the bore over time. The Y axis represents the diameter of the bore as a function, on the X axis, of the number of bores for a tool with a nominal diameter of 0.5 mm.
[0015] La figure 4 représente la courbe de modélisation pour les points de la figure 3. FIG. 4 represents the modeling curve for the points of FIG. 3.
[0016] La figure 5A représente la courbe du facteur correctif à appliquer en fonction du nombre d'alésages pour compenser l'usure de l'outil. La figure 5B représente en corollaire le rayon d'interpolation à programmer pour maintenir un diamètre d'alésage constant. FIG. 5A represents the curve of the corrective factor to be applied as a function of the number of bores to compensate for the wear of the tool. FIG. 5B represents as a corollary the interpolation radius to be programmed in order to maintain a constant bore diameter.
[0017] La figure 6 représente le diamètre d'alésage obtenu en fonction du nombre d'alésages après correction avec le facteur correctif de la figure 5A. [0017] FIG. 6 represents the bore diameter obtained as a function of the number of bores after correction with the corrective factor of FIG. 5A.
[0018] La figure 7A représente avec une vue tridimensionnelle le palpeur selon l'invention monté sur un porte-outil en regard de la pièce avec les alésages préalablement usinés. [0018] FIG. 7A shows a three-dimensional view of the probe according to the invention mounted on a tool holder facing the part with the previously machined bores.
[0019] La figure 7B représente une vue en face du palpeur selon l'invention. La figure 7C est une vue partielle du palpeur de la figure 7B à son extrémité. [0019] FIG. 7B represents a front view of the probe according to the invention. FIG. 7C is a partial view of the probe of FIG. 7B at its end.
[0020] Les figures 8A à 9B sont différentes représentations des résultats obtenus lors d'une mesure avec le palpeur selon l'invention monté sur une machine à cinématique parallèle. Lors de la mesure, le palpeur se déplace au sein de l'alésage selon l'axe X. A la figure 8A, la position des trois axes lors de la mesure est représentée. A la figure 8B, l'erreur de poursuite correspondante pour les trois axes est représentée. A la figure 8C, l'augmentation du courant moteur sur ces mêmes axes lors de la mesure est représentée. Par ailleurs, le trigger qui déclenche l'arrêt des axes lors du contact entre le palpeur et la pièce est représenté. Les figures 9A et 9B sont des agrandissements des figures 8B et 8C respectivement. La ligne horizontale en traits pointillés à la figure 9A représente le seuil de détection de 0.3 µm pour cet exemple avec le déclenchement concomitant lorsque ce seuil est atteint (ligne verticale en traits pointillés). Figures 8A to 9B are different representations of the results obtained during a measurement with the probe according to the invention mounted on a machine with parallel kinematics. During measurement, the probe moves within the bore along the X axis. In FIG. 8A, the position of the three axes during measurement is shown. In Figure 8B, the corresponding tracking error for all three axes is shown. In FIG. 8C, the increase in motor current on these same axes during the measurement is shown. In addition, the trigger which triggers the stopping of the axes during contact between the probe and the part is shown. Figures 9A and 9B are enlargements of Figures 8B and 8C respectively. The horizontal line in dotted lines in FIG. 9A represents the detection threshold of 0.3 μm for this example with the concomitant triggering when this threshold is reached (vertical line in dotted lines).
[0021] Les figures 10 et 11 représentent respectivement la force et la flexion maximum auxquelles le palpeur peut être soumis en fonction de son diamètre. Figures 10 and 11 respectively show the maximum force and bending to which the probe can be subjected as a function of its diameter.
[0022] La figure 12 est une vue tridimensionnelle du palpeur en contact avec un point de la circonférence de l'alésage usiné dans la pièce et une vue en plan de cette même pièce lors du contact avec le palpeur. FIG. 12 is a three-dimensional view of the probe in contact with a point on the circumference of the bore machined in the part and a plan view of this same part during contact with the probe.
[0023] La figure 13 illustre en fonction des coordonnées X,Y les différentes caractéristiques géométriques de l'alésage pour 6 points de mesure. FIG. 13 illustrates, as a function of the X, Y coordinates, the various geometric characteristics of the bore for 6 measuring points.
[0024] La figure 14 représente des mesures comparatives du diamètre et de la circularité de l'alésage réalisées respectivement avec le palpeur selon l'invention sur la machine d'usinage et sur un équipement Zeiss externe à la machine d'usinage. FIG. 14 represents comparative measurements of the diameter and of the circularity of the bore made respectively with the probe according to the invention on the machining machine and on Zeiss equipment external to the machining machine.
LégendeLegend
[0025] (1) Outil d'usinage (2) Pièce (3) Evidement et, en particulier, alésage (4) Outil de mesure aussi appelé palpeur (5) Broche de la machine d'usinage [0025] (1) Machining tool (2) Part (3) Recess and, in particular, bore (4) Measuring tool also called probe (5) Spindle of the machining machine
Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention
[0026] La présente invention se rapporte à une méthode de mesure des dimensions et de la position d'une partie en saillie ou d'un évidement usiné dans une pièce. Elle se rapporte également à une méthode de compensation dynamique de l'usure de l'outil d'usinage faisant intervenir la méthode de mesure susmentionnée. Les deux méthodes sont plus spécifiquement décrites pour l'usinage d'alésages mais elles peuvent être étendues à l'usinage d'évidements de toute forme ainsi qu'à l'usinage de parties en saillie. Les méthodes sont d'application pour tout procédé d'usinage et, en particulier, pour un procédé d'usinage par interpolation où différents diamètres d'alésage sont réalisés avec un même outil standard (référencé 1), comme montré à la figure 1. The present invention relates to a method for measuring the dimensions and the position of a projecting part or of a machined recess in a part. It also relates to a method of dynamic compensation of the wear of the machining tool involving the aforementioned measurement method. The two methods are more specifically described for the machining of bores but they can be extended to the machining of recesses of any shape as well as to the machining of protruding parts. The methods are applicable for any machining process and, in particular, for an interpolation machining process where different bore diameters are produced with the same standard tool (referenced 1), as shown in FIG. 1.
[0027] Par ailleurs, la méthode de mesure est plus spécifiquement adaptée pour mesurer des alésages ayant un diamètre pouvant descendre en dessous du millimètre. La méthode de mesure combinée à la méthode de compensation dynamique selon l'invention permet de mesurer pendant la production sur la machine d'usinage, le diamètre des alésages et de compenser en temps réel toute dérive suite à l'usure de l'outil. Elle permet également de mesurer la position des alésages et d'utiliser cette information pour recalculer le référentiel lorsque les alésages sont d'abord ébauchés sur une machine et ensuite finis sur une autre machine. [0027] Furthermore, the measurement method is more specifically suitable for measuring bores having a diameter which may fall below one millimeter. The measurement method combined with the dynamic compensation method according to the invention makes it possible to measure, during production on the machining machine, the diameter of the bores and to compensate in real time any drift following the wear of the tool. It also makes it possible to measure the position of the bores and to use this information to recalculate the reference frame when the bores are first roughed on one machine and then finished on another machine.
[0028] La méthode de compensation dynamique, aussi appelée méthode de correction selon l'invention, s'appuie sur la loi d'usure de l'outil. Comme montré à la figure 3, la diminution du diamètre de l'alésage suite à l'usure de l'outil est assez régulière. Cette usure est du type (Eq.1): avec U qui est l'usure pour l'alésage n U0qui est l'usure nominal de l'outil n qui est le numéro de l'alésage τ qui est une variable.Lors de l'usinage par interpolation, le diamètre de l'alésage (fig.2) est donné par (Eq.2): ØAlésage= 2 · (Rip+ Routil) avec ØAlésagequi est le diamètre de l'alésage Ripqui est le rayon de l'interpolation Routilqui est le rayon de l'outil.Le Routildiminue en raison de son usure durant les opérations d'usinage (Eq.3) : Routil= Routil_0+ U avec Routil_0qui est le rayon de l'outil neuf, avec ØAlésagequi est une valeur fixe que l'on souhaite constante Ripqui est une grandeur que l'on peut faire varier par programmation.En conséquence, pour maintenir un diamètre d'alésage constant, il faut faire varier le rayon d'interpolation selon la loi suivante (Eq. 5): The dynamic compensation method, also called the correction method according to the invention, is based on the tool wear law. As shown in Figure 3, the decrease in the diameter of the bore as a result of tool wear is fairly regular. This wear is of the type (Eq.1): with U which is the wear for bore n U0 which is the nominal wear of the tool n which is the number of the bore τ which is a variable. machining by interpolation, the diameter of the bore (fig. 2) is given by (Eq. 2): ØBore = 2 (Rip + Routil) with ØBore which is the diameter of the bore Rip which is the radius of the interpolation Tool which is the radius of the tool. The Rout is reduced due to its wear during machining operations (Eq. 3): Tool = Tool_0 + U with Routil_0 which is the radius of the new tool, with Ø Bore which is a fixed value that is desired constant Rip which is a quantity that can be varied by programming. Consequently, to maintain a constant bore diameter, it is the interpolation radius must be varied according to the following law (Eq. 5):
[0029] Pour l'exemple de la figure 4 avec un diamètre nominal de l'outil de 0.5 mm, le facteur correctif U est représenté à la figure 5A en fonction du nombre d'alésages. Grâce à cette correction et en faisant varier en conséquence le rayon d'interpolation comme montré à la figure 5B, il est possible de garantir un usinage stable tout au long de la durée de vie de l'outil comme représenté à la figure 6. For the example of Figure 4 with a nominal tool diameter of 0.5 mm, the corrective factor U is shown in Figure 5A as a function of the number of bores. By virtue of this correction and by correspondingly varying the interpolation radius as shown in Fig. 5B, it is possible to guarantee stable machining throughout the life of the tool as shown in Fig. 6.
[0030] Malheureusement, cette loi d'usure n'est pas universelle. Elle varie d'un outil à l'autre. Il est par conséquent nécessaire d'adapter le facteur correctif au cours de la vie de l'outil. Selon l'invention, des mesures du diamètre de l'alésage sont réalisées à certains intervalles pour ajuster la correction à appliquer, ce qui permet de maintenir un diamètre d'alésage sensiblement constant sur toute la période d'usinage. A cet effet, un outil de mesure spécifique, aussi appelé palpeur, et référencé 4 sur les figures 7A-7C, a été mis au point pour des mesures d'alésages de faibles diamètres. Ce palpeur est destiné à être monté sur la broche 5 de la machine d'usinage. Il s'agit d'un palpeur ayant à son extrémité une forme qui peut être quelconque (carrée, rectangulaire, ...). Plus spécifiquement, il s'agit d'un palpeur sphérique ou préférentiellement d'un palpeur cylindrique ayant comme montré aux figures 7A-7C une extrémité avec une section circulaire de diamètre D. Le palpeur cylindrique ou sphérique a une section circulaire avec un diamètre inférieur ou égal à 6 mm, de préférence à 4 mm, plus préférentiellement à 2 mm, et encore plus préférentiellement à 1, voire 0.5 mm, avec un diamètre minimum pouvant descendre jusqu'à 0.2 mm. De préférence, le rapport entre la longueur L de contact et le diamètre D est compris entre 1 et 4. Le palpeur est réalisé dans un matériau apte à buter contre la pièce lors du contact sans se déformer. En effet, une déformation du palpeur lors du contact pourrait conduire à une mesure erronée. Par exemple, le palpeur peut être réalisé dans un matériau céramique tel que le carbure de tungstène, dans un matériau métallique tel que l'acier ou encore dans des composites à matrice métallique renforcé par des particules céramiques comme le carbure de tungstène. Unfortunately, this law of attrition is not universal. It varies from tool to tool. It is therefore necessary to adapt the corrective factor during the life of the tool. According to the invention, measurements of the diameter of the bore are carried out at certain intervals in order to adjust the correction to be applied, which makes it possible to maintain a substantially constant bore diameter over the entire machining period. For this purpose, a specific measuring tool, also called a probe, and referenced 4 in FIGS. 7A-7C, has been developed for measurements of small diameter bores. This probe is intended to be mounted on the spindle 5 of the machining machine. It is about a probe having at its end a shape which can be any (square, rectangular, ...). More specifically, it is a spherical probe or preferably a cylindrical probe having, as shown in FIGS. 7A-7C, one end with a circular section of diameter D. The cylindrical or spherical probe has a circular section with a smaller diameter or equal to 6 mm, preferably to 4 mm, more preferably to 2 mm, and even more preferably to 1, or even 0.5 mm, with a minimum diameter which can go down to 0.2 mm. Preferably, the ratio between the contact length L and the diameter D is between 1 and 4. The probe is made of a material capable of abutting the part during contact without being deformed. Indeed, a deformation of the probe during contact could lead to an erroneous measurement. For example, the probe can be made from a ceramic material such as tungsten carbide, from a metallic material such as steel or else from composites with a metal matrix reinforced with ceramic particles such as tungsten carbide.
[0031] Contrairement aux palpeurs conventionnels, le déclenchement du palpeur s'effectue sur base d'une réponse de la machine suite au contact de cette dernière avec le palpeur et non pas d'une modification du comportement du palpeur suite au contact. Ainsi, le palpeur selon l'invention est une simple tige sans moyens internes de détection du contact. Le contact entre le palpeur et la pièce est détecté sur base de changements du comportement de la machine et plus précisément sur base d'une erreur de poursuite d'un ou plusieurs des axes et/ou sur base d'une augmentation du courant moteur d'un ou plusieurs des axes comme montré aux figures 8 et 9. Ces dernières sont différentes représentations pour une mesure réalisée sur une machine d'usinage 701S de Willemin Macodel. Il s'agit d'une mesure du diamètre de l'alésage selon l'axe X. Cet exemple étant basé sur une mesure réalisée avec une machine à cinématique parallèle de type Delta, les trois axes (q1,q2,q3) se déplacent lors du palpage selon l'axe X. A la figure 8A, on visualise la position des trois axes et à la figure 8B, l'erreur de poursuite sur ces trois axes, c.à.d. la différence entre la position commandée et la position résultante. Dans l'exemple, la valeur de détection Δq a été fixée à 0.3 µm. De préférence, cette valeur de détection est inférieure ou égale à 2 µm, plus préférentiellement à 1 µm et, encore plus préférentiellement à 0.5 µm avec une valeur minimum qui est de l'ordre de 0.1 µm. Unlike conventional probes, the probe is triggered on the basis of a response from the machine following contact of the latter with the probe and not a modification of the behavior of the probe following contact. Thus, the feeler according to the invention is a simple rod without internal contact detection means. Contact between the probe and the part is detected on the basis of changes in the behavior of the machine and more precisely on the basis of a following error of one or more of the axes and / or on the basis of an increase in the motor current d 'one or more of the axes as shown in Figures 8 and 9. These are different representations for a measurement performed on a 701S machining machine from Willemin Macodel. This is a measurement of the bore diameter along the X axis. This example is based on a measurement made with a Delta type parallel kinematics machine, the three axes (q1, q2, q3) move during probing along the X axis. In FIG. 8A, the position of the three axes is displayed and in FIG. 8B, the following error on these three axes, ie. the difference between the commanded position and the resulting position. In the example, the detection value Δq was set at 0.3 µm. Preferably, this detection value is less than or equal to 2 μm, more preferably to 1 μm and, even more preferably to 0.5 μm with a minimum value which is of the order of 0.1 μm.
[0032] Dans cet exemple, la collision entre le palpeur et la surface de l'alésage est détectée par l'axe q3 à un temps de +/- 0.6 s sur l'axe en abscisse. Une première erreur de poursuite est observée un peu avant 0.1 s, cette première erreur est liée au démarrage des axes. Après le démarrage, les axes se déplacent avant d'arriver à butée contre la pièce résultant à l'erreur de poursuite susmentionnée. Plus précisément, à la figure 9A, on voit que dès que la valeur de détection est atteinte (croix en traits pointillés), le trigger se déclenche et tous les axes stoppent (plateau sur la figure 8A) en un temps le plus court possible ou, en d'autres mots, sur une distance la plus courte possible, pour éviter d'endommager le palpeur. Ils reviennent ensuite à leur position lors du déclenchement pour enregistrer la position des axes et, sur cette base, calculer la position et les dimensions de l'alésage comme explicité ci-après. Aux figures 8C et 9B, on observe concomitamment avec l'erreur de poursuite une augmentation du courant moteur de l'ordre de 0.1 A sur l'axe q3. Cette donnée peut également être exploitée pour détecter le contact entre le palpeur et la pièce. La valeur seuil de détection peut être, de préférence, fixée entre 0.02 A et 0.5 A et, plus préférentiellement, entre 0.05 et 0.2 A. In this example, the collision between the probe and the surface of the bore is detected by the axis q3 at a time of +/- 0.6 s on the abscissa axis. A first following error is observed a little before 0.1 s, this first error is linked to the starting of the axes. After start-up, the axes move before they come to a stop against the workpiece resulting in the aforementioned following error. More precisely, in FIG. 9A, it can be seen that as soon as the detection value is reached (cross in dotted lines), the trigger is triggered and all the axes stop (plateau in FIG. 8A) in the shortest possible time or in other words, over the shortest distance possible, to avoid damaging the probe. They then return to their position when triggered to record the position of the axes and, on this basis, calculate the position and dimensions of the bore as explained below. In FIGS. 8C and 9B, one observes concomitantly with the following error an increase in the motor current of the order of 0.1 A on the axis q3. This data can also be used to detect contact between the probe and the part. The detection threshold value can preferably be set between 0.02 A and 0.5 A and, more preferably, between 0.05 and 0.2 A.
[0033] Cette valeur seuil de détection est fixée en fonction des caractéristiques de la machine, et plus particulièrement de sa réactivité, et des propriétés mécaniques du palpeur. En effet, pour éviter de casser le palpeur qui, de par ses faibles dimensions et les matériaux choisis, est fragile, la machine d'usinage doit présenter une réactivité suffisante que pour déclencher l'arrêt du palpeur dès qu'il y a contact entre la pièce et le palpeur. A cet égard, les performances sont d'autant meilleures si les conditions suivantes sont remplies: 1. Une grande sensibilité des commandes d'avance en cas d'une perturbation extérieure avec, par exemple, un entraînement direct par moteur linéaire et de très faibles frottements. 2. Des inerties très faibles pour garantir une grande dynamique avec, par exemple, une machine à cinématique parallèle. 3. Une réaction très rapide des commandes d'avance avec une boucle de régulation ayant, par exemple, une fréquence comprise entre 10 et 50 kHz.This detection threshold value is set as a function of the characteristics of the machine, and more particularly of its reactivity, and of the mechanical properties of the probe. In fact, to avoid breaking the probe which, due to its small dimensions and the materials chosen, is fragile, the machining machine must have sufficient reactivity to trigger the stop of the probe as soon as there is contact between the part and the probe. In this respect, the performances are all the better if the following conditions are met: 1. A great sensitivity of the advance controls in the event of an external disturbance with, for example, a direct drive by linear motor and very low friction. 2. Very low inertias to guarantee high dynamics with, for example, a machine with parallel kinematics. 3. A very fast reaction of the advance commands with a regulation loop having, for example, a frequency between 10 and 50 kHz.
[0034] De préférence, dans le but d'optimiser la réactivité de la machine lors du contact, le software de la détection se fait directement dans les commandes d'avance et la communication entre les commandes d'avance se fait par hardware. Preferably, in order to optimize the reactivity of the machine during contact, the detection software is done directly in the advance commands and the communication between the advance commands is done by hardware.
[0035] Les figures 10 et 11 représentent, à titre purement illustratif, la force maximum et la flexion maximum auxquelles le palpeur peut être soumis avant rupture pour un palpeur circulaire en carbure de tungstène et pour une longueur utile L de palpage, c.à.d. la longueur du palpeur qui peut être en contact avec la matière, fixée à deux fois le diamètre D du palpeur à son extrémité. Figures 10 and 11 represent, purely by way of illustration, the maximum force and the maximum bending to which the probe can be subjected before rupture for a circular probe made of tungsten carbide and for a useful probing length L, ie .d. the length of the probe which may be in contact with the material, fixed at twice the diameter D of the probe at its end.
[0036] Selon l'invention, la vitesse de palpage est adaptée pour, d'une part, ne pas être trop lente ce qui compromettrait la rentabilité commerciale et, d'autre part, ne pas être trop rapide auquel cas la machine n'aurait pas le temps de détecter et de stopper avant la rupture du palpeur ou l'endommagement de la pièce. Une vitesse de palpage comprise entre 0.02 et 1 mm/s, et, de préférence entre 0.1 et 0.5 mm/s est un bon compromis. According to the invention, the probing speed is suitable for, on the one hand, not to be too slow which would compromise commercial profitability and, on the other hand, not to be too fast in which case the machine does not would not have time to detect and stop before the probe breaks or the part is damaged. A probing speed of between 0.02 and 1 mm / s, and preferably between 0.1 and 0.5 mm / s is a good compromise.
[0037] Pour éviter d'endommager la pièce et le palpeur, il faut préférablement détecter la collision et stopper la machine sur une distance inférieure ou égale à 0.005 mm, plus préférablement à 0.002 mm et, encore plus préférablement à 0.001 mm. A titre d'exemple, pour une distance de 0.001 mm et un seuil s de détection fixé à 0.0003 mm, ça laisse une distance de 0.0007 mm pour stopper la machine. Ainsi, pour une vitesse v de palpage de 0.2 mm/s, la détection est opérée sur un temps t: To avoid damaging the part and the probe, it is preferable to detect the collision and stop the machine over a distance less than or equal to 0.005 mm, more preferably 0.002 mm and, even more preferably 0.001 mm. For example, for a distance of 0.001 mm and a detection threshold s set at 0.0003 mm, that leaves a distance of 0.0007 mm to stop the machine. Thus, for a probing speed v of 0.2 mm / s, the detection is carried out over a time t:
Et l'arrêt de la machine avec un mouvement uniformément décéléré est réalisé avec un temps t: And stopping the machine with a uniformly decelerated movement is achieved with a time t:
Cela démontre que pour de tels distances et seuils de détection, la rapidité de traitement de la machine doit être élevée. This shows that for such distances and detection thresholds, the processing speed of the machine must be high.
[0038] La mesure du diamètre de l'alésage est effectuée à partir de 6 points de mesures sur la circonférence de l'alésage comme illustré aux figures 12 et 13. En théorie, 3 points de mesures sont suffisants, mais le calcul de la circularité „O“ avec 6 points de mesure permet de détecter des erreurs de mesure en raison de saleté et de rendre la méthode de mesure plus robuste en éliminant les points litigieux. Le diamètre D et la circularité O de l'alésage sont calculés sur base des équations suivantes (voir aussi fig.13): D = 2·R + Dp 0 = max(Ri) – min(Ri) Avec: Xp; Yp = position nominale du centre de l'alésage en X-Y, Xc; Yc = position recalculée du centre de l'alésage en X-Y, Xmi; Ymi= position du centre du palpeur lors du contact entre le palpeur et la pièce pour la mesure i avec i compris entre 1 et 6 dans cet exemple, R = rayon de l'alésage, Dp, Rp = diamètre du palpeur et rayon du palpeur. The measurement of the diameter of the bore is carried out from 6 measurement points on the circumference of the bore as illustrated in Figures 12 and 13. In theory, 3 measurement points are sufficient, but the calculation of the Circularity "O" with 6 measuring points allows to detect measuring errors due to dirt and to make the measuring method more robust by eliminating the contentious points. The diameter D and the circularity O of the bore are calculated on the basis of the following equations (see also fig. 13): D = 2 · R + Dp 0 = max (Ri) - min (Ri) With: Xp; Yp = nominal position of the center of the bore in X-Y, Xc; Yc = recalculated position of the center of the bore in X-Y, Xmi; Ymi = position of the center of the probe during contact between the probe and the part for measurement i with i between 1 and 6 in this example, R = radius of the bore, Dp, Rp = probe diameter and probe radius.
[0039] Pour d'autres géométries non circulaires de l'évidement usiné, les équations sont adaptées en conséquence. For other non-circular geometries of the machined recess, the equations are adapted accordingly.
[0040] Des mesures comparatives ont été réalisées avec le palpeur selon l'invention et un équipement Zeiss qui est une machine de mesure tridimensionnelle de métrologie. Comparative measurements were carried out with the feeler according to the invention and Zeiss equipment which is a three-dimensional metrology measuring machine.
[0041] La figure 14 montre que les résultats des mesures réalisées avec le palpeur selon l'invention sont tout à fait comparables à ceux obtenus avec l'équipement Zeiss. FIG. 14 shows that the results of the measurements carried out with the probe according to the invention are quite comparable to those obtained with the Zeiss equipment.
[0042] Sur base de la mesure de l'alésage avec le palpeur selon l'invention, le facteur correctif U de l'équation 1 mentionnée précédemment est calculé. Au préalable, le rayon nominal Routil_0, c.à.d. le rayon avant la première utilisation, de l'outil d'usinage doit être connu. Par exemple, cette mesure du rayon peut être réalisée avec un capteur optique tel qu'une caméra Conoptica. Cette technologie a pour avantage de mesurer sans contact les outils et ainsi d'éviter d'endommager les petits outils (diamètre < 1 mm). Dans le cas particulier d'un procédé d'usinage par interpolation, le rayon d'interpolation Ripde l'outil de l'usinage est ensuite calculé sur base du facteur correctif U et du diamètre d'alésage Φ souhaité (Eq.5). On précisera qu'en fonction de l'usure de l'outil et du niveau de tolérance souhaité, la mesure de l'alésage est réalisée avec une fréquence plus ou moins grande. Ainsi, à titre purement d'exemple, une mesure peut être effectuée après avoir usiné plusieurs dizaines d'alésages. On the basis of the measurement of the bore with the probe according to the invention, the corrective factor U of equation 1 mentioned above is calculated. Beforehand, the nominal radius Routil_0, i.e. the radius of the machining tool must be known before first use. For example, this radius measurement can be performed with an optical sensor such as a Conoptica camera. This technology has the advantage of measuring tools without contact and thus avoiding damage to small tools (diameter <1 mm). In the particular case of an interpolation machining process, the interpolation radius Rip of the machining tool is then calculated on the basis of the corrective factor U and the desired bore diameter Φ (Eq. 5). It should be noted that depending on the wear of the tool and the desired tolerance level, the measurement of the bore is carried out with a greater or lesser frequency. Thus, purely by way of example, a measurement can be carried out after having machined several tens of bores.
[0043] En résumé, la méthode de compensation selon l'invention comporte les étapes suivantes : 1. Mise à disposition d'un outil d'usinage et mesure de sa géométrie, 2. Usinage d'alésages sur la première pièce, 3. Mesure sur la machine d'usinage avec le palpeur selon l'invention des caractéristiques géométriques d'au moins le dernier alésage usiné, 4. Détermination du facteur correctif de l'équation 1, 5. Usinage d'un ou plusieurs alésage(s) sur cette même première pièce ou sur des pièces suivantes, 6. Mesure sur la machine d'usinage avec le palpeur selon l'invention des caractéristiques géométriques d'au moins le dernier alésage usiné, 7. Ajustement du facteur correctif de l'équation 1 pour garantir que l'usinage suivant soit correct, 8. Répétition des étapes 5 à 7 sur toute la durée de vie de l'outil.In summary, the compensation method according to the invention comprises the following steps: 1. Provision of a machining tool and measurement of its geometry, 2. Machining of bores on the first part, 3. Measurement on the machining machine with the probe according to the invention of the geometric characteristics of at least the last bore machined, 4. Determination of the corrective factor of equation 1, 5. Machining of one or more bore (s) on this same first part or on subsequent parts, 6. Measurement on the machining machine with the probe according to the invention of the geometric characteristics of at least the last machined bore, 7. Adjustment of the corrective factor of equation 1 to ensure that the following machining is correct, 8. Repeat steps 5 to 7 throughout the life of the tool.
[0044] On précisera que lors de l'usinage du premier alésage, des alésages tests peuvent éventuellement être réalisés sur des parties de la pièce destinées au rebut. Les alésages tests sont mesurés avec le palpeur selon l'invention et, si nécessaire, une correction est appliquée. De cette manière, le diamètre de l'alésage est correct dès le premier usinage. La méthode selon l'invention permet ainsi de garantir du premier au dernier alésage un diamètre d'alésage quasi constant. It should be noted that during the machining of the first bore, test bores can optionally be made on parts of the part intended for disposal. The test bores are measured with the probe according to the invention and, if necessary, a correction is applied. In this way, the diameter of the bore is correct from the first machining. The method according to the invention thus makes it possible to guarantee, from the first to the last bore, an almost constant bore diameter.
[0045] Lors de l'usinage de parties en saillie, la méthode de mesure ainsi que la méthode de compensation se déroulent de manière similaire avec une mesure de la position et/ou des dimensions de la partie en saillie s'effectuant sur base du contact entre l'outil de mesure et le pourtour de la partie en saillie. L'usure de l'outil d'usinage va engendrer une augmentation des dimensions de la partie en saillie qui, selon la méthode de compensation selon l'invention, sera compensée lors de l'usinage. During the machining of protruding parts, the measurement method as well as the compensation method take place in a similar manner with a measurement of the position and / or dimensions of the protruding part taking place on the basis of the contact between the measuring tool and the periphery of the protruding part. The wear of the machining tool will generate an increase in the dimensions of the protruding part which, according to the compensation method according to the invention, will be compensated during machining.
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