EP0929385B1 - Dispositif pour la decoupe de pieces de forme quelconque - Google Patents

Dispositif pour la decoupe de pieces de forme quelconque Download PDF

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EP0929385B1
EP0929385B1 EP97943936A EP97943936A EP0929385B1 EP 0929385 B1 EP0929385 B1 EP 0929385B1 EP 97943936 A EP97943936 A EP 97943936A EP 97943936 A EP97943936 A EP 97943936A EP 0929385 B1 EP0929385 B1 EP 0929385B1
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EP
European Patent Office
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profile
block
deformation
wire
cutting
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP97943936A
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German (de)
English (en)
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EP0929385A1 (fr
Inventor
Benoit Sagot-Duvauroux
Louis Besse
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Esox
Original Assignee
Esox
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Publication date
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    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D3/00—Cutting work characterised by the nature of the cut made; Apparatus therefor
    • B26D3/006—Cutting work characterised by the nature of the cut made; Apparatus therefor specially adapted for cutting blocs of plastic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D1/00—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor
    • B26D1/01—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work
    • B26D1/46—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work having an endless band-knife or the like
    • B26D1/48—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work having an endless band-knife or the like with tensioning means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D5/00—Arrangements for operating and controlling machines or devices for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/26—Means for mounting or adjusting the cutting member; Means for adjusting the stroke of the cutting member
    • B26D7/2614—Means for mounting the cutting member
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F1/00—Perforating; Punching; Cutting-out; Stamping-out; Apparatus therefor
    • B26F1/38—Cutting-out; Stamping-out
    • B26F1/3806—Cutting-out; Stamping-out wherein relative movements of tool head and work during cutting have a component tangential to the work surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F3/00—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor
    • B26F3/06—Severing by using heat
    • B26F3/08—Severing by using heat with heated members
    • B26F3/12—Severing by using heat with heated members with heated wires

Definitions

  • the invention relates to a device for cutting pieces of any shape in a block of material hot melt by means of a deformable resistive profile heated, preferably electrically, and kept in tension in an appropriate initial position, cutting by relative displacement of the workpiece and the profile.
  • This device is essentially made up of a wire held in the upper part at a fixed point and in part bass by a tracer. Tracer movement speed and / or the wire temperature is changed according to a computer program for acute angles of the profile. Such an installation requires a special mounting of the wire which limits the possibilities of cutting parts.
  • the aim of the present invention is therefore to propose a device for cutting pieces of any shape in a block of hot-melt material, this device to obtain an optimal quality of cut by means a very thin profile whose small section allows offer a high quality surface finish and a fine cutting line while working on a temperature which can be constant and which can be adjusted at a high pre-calibrated threshold.
  • Another object of the present invention is to provide a cutting device for obtaining pieces of complex shape, directly cut, without retouching adjustment and without state rectification operation of area.
  • Another object of the present invention is to provide a fully automated cutting device in which the operator's mission is facilitated, no adjustment not being necessary including in the case where we change material to be cut.
  • Another object of the invention is to propose a device where cutting time can be reduced maintaining the relative speed of movement of the block material and profile at maximum speed corresponding to a speed at which there is no deformation excessive profile or thickening of the cutting line.
  • the invention relates to a device according to claim 1.
  • the profile can be fully maintained at all times automatic in an optimal cutting position corresponding to a strain value or a range of previously selected deformation values while thus generating very good cutting precision and perfect surface condition of the cut piece.
  • the servo means include detection means in real-time and continuous position of at least one section of the profile, for example a point on the profile, to produce signals representative of the deformation of the streamlined, real-time and continuous of said signals to generate at least one output control signal, moving control means of the material block and / or of the profile, these control means being sensitive to said control signal to increase or reduce the relative movement speed of the block and profile.
  • control signal can be product for a value or a range of signal values profile deformation chosen by the operator in function of the cut to be made. It thus becomes possible voluntarily cause an arrow in the profile to allow the cutting of a block, especially at a cusp, or even modify acceleration or deceleration printed by the piece and / or the profile depending on the value of said signals of deformation of the profile compared to the value of reference deformation chosen. Such an installation thus allows obtaining a configurable arrow of the profile.
  • Devices for cutting parts from a block 11 of hot-melt material of any shape by means of a deformable resistive profile 4 present architectures diverse and varied.
  • the resistive profile 4 is a wire or a blade, possibly pre-bent, this is connected, at each of its ends or in the vicinity of the latter, to members 5, 6 ensuring the maintenance in tension of said wire, these organs 5, 6 for maintaining tension being carried by at least one support element 3 constituting at least one of the structural elements of the device.
  • the support element 3 depends on the rest of the structure defined by the general reference 1 of said device. Two examples of the element support 3 are provided below. So in the example shown in Figure 1, the support element 3 is a armature, preferably in the shape of an arc, this armature being mechanically coupled to the arm 8 of a robot manipulator 9 by means of an articulated link 19 like the shows figure 1.
  • This robot 9 rests on a structure 20 tray type on the ground.
  • This structure supports also a plate 10, possibly rotatable, on which is placed the block 11 of material to be cut, of shape any. So, thanks to such an architecture of device, it is possible, during cutting, to relatively move the profile 4 and the block 11 of material to cut.
  • the control elements of the turntable 10 or of the arm 8 of the robot 9 can, in a manner known per se, be constituted by motors controlled in operation by an appropriate control signal.
  • the use of a robot manipulator 9 provides a large number of movements of the support element 3. This is in particular represented in figure 1 by the arrows indicating the different possibilities of robot movement manipulator. This results in a possibility of cutting out pieces of any shape.
  • the speed of movement of the profile 4 thus obtained by the combination of these different movements can be regulated, as will be described below, due to the presence of means of the movement speed of the profile 4 at the position of at least a portion of the profile 4. It the same is true for the speed of rotation of the turntable 10 support of the block 11 of material to be cut to obtain a or several pieces of any shape.
  • the support element 3 is formed of two rails parallel verticals constituting the frame of the device and along which the organs 5, 6 move (FIG. 3) of tensioning of the profile.
  • These holding bodies in tension 5, 6 can be accommodated inside a box 2 shown in Figure 3 and which will be described below, this case 2 moving to slide along the constituent rails of the support element 3.
  • the housings 2, arranged on either side of the ends of the profile 4 move together along the rails vertical.
  • the displacement of the profile 4 along these two vertical rails ensure the Y cut.
  • These vertical rails are themselves movable along one or more rails horizontal.
  • the displacement of these rails along the rails horizontal ensures the X cut of the block 11 of material.
  • Block 11 is arranged on a tray 10, rotary or not, carried by a table. And arranged between the vertical rails carrying the members 5, 6 for holding in profile tension 4.
  • the members 5, 6 for maintaining the profile 4 in tension are, by example, consisting of two cylinders 5 arranged at each of ends of the profile 4, these jacks 5 being housed in guide bearings 7 arranged either inside a housing 2 removably mounted on said support element 3, such as shown in Figure 3, either directly in said support element 3, for example at the ends of the branches of the arc, in the case of a support element 3 constituted by an arc-shaped reinforcement of the type shown in Figure 1.
  • These cylinders 5 can be mounted either free movement in translation and stationary position adjustable in translation inside said guide bearings 7, or respectively to displacement free in translation and single stationary position the interior of said guide bearings 7.
  • the cylinder 5 is a cylinder to free movement in translation also called cylinder to automatic movement.
  • This jack 5 cooperates with an organ reminder 6 exerting continuous continuous tension adjustable, so that the elongation of the cutting line forming profile 4 is compensated by displacements of said actuator 5 with automatic movement between two extreme positions.
  • it is also arranged, in the vicinity of the end of the jack 5 receiving the cutting line 4, at least one pulley 13, preferably two pulleys 13, 14, acting as rollers turnbuckles. These pulleys 13, 14 fill several functions.
  • these pulleys 13, 14 are shaped to recognize the wire diameter so that as soon as a change in wire intervenes, this information is transmitted to processing means 18 which will be described below from so as to take into account the new configuration of the thread, especially when choosing the value (s) of wire deformation corresponding to optimal cutting.
  • These pulleys can also allow the supply of a current used to heat the wire.
  • the cooling means 12 are in this case constituted by a turbine arranged substantially in the axis wire inside said housing 2 as shown in the Figure 3.
  • a turbine arranged substantially in the axis wire inside said housing 2 as shown in the Figure 3.
  • At the other end of the wire (not shown in the Figure 3), it may for example be arranged a cylinder mechanical with adjustable stationary positions.
  • This cylinder is in this case consisting of a threaded axis carried by a bearing thermally insulating and non-conductive, for example in a case similar to that shown in FIG.
  • this axis comprising in the vicinity of its ends a shoulder and possibly a limit stop as well as a nut for adjusting the axial position.
  • other embodiments of said organs for maintaining the profile in tension can be envisaged. Thanks to these members for maintaining the profile in tension, accompanies the deformation of the profile which occurs at during the cutting of the part to be produced. This deformation of the profile results in a bending of the profile during part / profile contact, this bending generating an elongation of the profile during cutting. We thus ensures, thanks to these tension-maintaining members, an almost constant tension of the profile.
  • Profile 4 generally consists of a wire or a blade, possibly pre-curved, deformable.
  • the wires used are metallic wires, stainless steel or nickel / chrome alloy with a very small cross-section, preferably between 40 and 200 microns. Nature and the dimensions of the wire are chosen according to the heating temperature and the material to be cut.
  • the wire is heated by suitable heating means. Generally, this wire is heated by the passage of a current supplied by a dimmer, this dimmer delivering by example a voltage of 220 Volts at 50 Hertz. As shown in Figure 3, these heating means can also be integrated in a housing 2 mounted so removable on said support element 3 of the structure of installation.
  • the wire heating temperature depending on the melting temperature of the material to cut, is generally in the range [200 - 600 ° C]. This temperature can be kept constant from makes presence in the installation of means of the relative speed of movement of the profile and block 11 of material to be cut in position instant of at least a portion of the profile.
  • block 11 and section 4 have a relative displacement, that is to say that the block 11 and / or the section 4 are displaced.
  • the profile 4 is engaged in the block 11 of material and generates, due to its temperature, a melting of the material constituting the block 11.
  • This commitment also generates, due to the resistance opposed by the block Il to the profile, a deformation of the profiled generally resulting in a sagging of the profile.
  • This decline generates the disadvantages previously cited. To eliminate this sag, it should reduce the relative speed of movement of the block 11 and profile 4.
  • the means control systems include time detection means real and continuous position of a portion of the profile 4 to produce signals representative of the deformation of profile 4, time processing means real and continuous said signals to generate output at least one control signal, control means in displacement of the block 11 of material and / or of the profile, these control means being sensitive to said control signal to increase or decrease the relative movement speed block 11 and profile 4.
  • Detection means can affect a large number of forms.
  • the simplest means of detection may be consisting of an all or nothing sensor, such as an eyelet electrically conductive contactor disposed around the profile, preferably at one end of this latest.
  • an eyelet electrically conductive contactor disposed around the profile, preferably at one end of this latest.
  • the contactor eyelet comes into contact with an element also circular conductor incorporated into the frame of said installation thus generating a signal capable of being processed to generate an appropriate control signal to which displacement control means of the block 11 and / or the section 4 described above are sensitive.
  • this type of detection means although applicable in the present invention, lack of precision. In particular, it does not allow a lower bound to be determined which would correspond to an almost absence of deformation of the wire.
  • a preferred solution therefore consists in using means real-time and continuous position detection at least a portion of the profile 4 which are made of a transmitter-receiver assembly.
  • the transmitter is made up at least by profile 4 traversed by a wave electromagnetic while the receiver consists of at least one sensor 15, placed in the vicinity of said profile, the amplitude of the signal or signals supplied by said receiver being proportional to the transmitter-receiver distance.
  • the output of the sensor 15 varies linearly when profile 4 is moved.
  • An example of such a sensor is shown in Figures 2A and 2B.
  • the senor is formed by at least four plates 16A, 16B, 16C, 16D conductive opposite two by two and arranged around said profile 4, preferably at least one of ends of the latter in detection zone Z1 supra.
  • These conductive plates 16A, 16B, 16C, 16D such as copper plates, transmit signals via a wire, preferably shielded, to a electronic card 17 which, itself, after amplification and filtration, transmits a signal to means of appropriate processing, corresponding signal linearly to the deviation of the profile.
  • These means of processing signals can be installed for example on a microcomputer, as shown in Figure 1, driving the machine or on the robot control cabinet.
  • These means 18 in turn generate a control signal to which the movement control means of block 11 or profile 4 are sensitive.
  • the design of the detection means is based on the law of variation of the power of an electromagnetic wave propagating in a vacuum which varies in 1 / R 2 , R being the transmitter / receiver distance.
  • the profile forming a transmitter or more particularly a transmitting antenna, is connected to electronics which supplies a carrier wave, such as a sinusoidal signal of frequency 100 kHz, on said wire.
  • a carrier wave such as a sinusoidal signal of frequency 100 kHz
  • FIG. 2A there are shown signals obtained from four plates when the profile 4 is in the rest position, that is to say a position in which the wire is for example arranged substantially in the center of the four plates.
  • FIG. 2B on the contrary, making a cut has generated a deformation of the wire, resulting in a displacement of a portion of the profile in the direction of bringing the wire closer to two plates. This results in a variation of the signals representative of the deformation of the profile produced by each of the plates as shown in the associated signal diagrams.
  • the means 18 for processing said signals generate a control signal inducing at the level of the means of control, such as a stepping motor or the like described above, an increase or a reduction in the relative speed of movement of the block 11 of material and of the profile 4, for example, in the second case, by reduction of the speed of displacement of the support element 3.
  • the control signal produced by said processing means 18 is emitted when the measured and / or calculated value of the signals representative of the deformation of the profile 4 is located outside a predetermined range of values.
  • the calculation of the reduction and / or increase in the speed can be done in different ways. This calculation is a function of the complexity of the rest of installation. So, for example, in the case of a machine comprising a manipulator robot, the means of speed regulation will need to take into account other characteristics of said robot. To calculate the speed appropriate, these means preferentially use well-known methods in automation, such as integral and derivative proportional action correction (PID) or simpler but effective methods such as the one described below.
  • PID integral and derivative proportional action correction
  • This ⁇ is added to the instantaneous speed V to obtain a speed V1 .
  • the value V1 then constitutes the new relative speed of movement of the block 11 and of the profile 4.
  • a control signal is therefore sent to the movement control means of the block 11 and / or of the profile 4 in order to modify the speed.
  • the speed can thus be changed periodically with each new cycle of the control loop. This periodicity is of the order of 200 milliseconds. It can be seen that, in such a detection system, the portion of the profile 4, the position of which is detected, is reduced to a point.
  • the sensor 15 shown schematically in the figures 2A and 2B is shown housed inside the housing 2 in Figure 3.
  • the removable housing 2 therefore incorporates, in in this case, both the heating means of the profile, the cooling means 12 of the profile, the members 5 and 6 to keep the profile in tension as well as some of the means for controlling the speed of movement relative of the profile and the block of material to be cut instantaneous position of at least a portion of the profile, in in particular the sensor 15 and the electronic card 17.
  • the maintenance becomes particularly easy. he suffice, in the event of a problem, to remove said casing 2 from support element 3 and replace it with a new one housing. The machine is thus not immobilized during the repair of said elements.
  • the air flow required when the profile is cooled is between 110 and 180 liters / minute.
  • the initial thread tension is generally chosen between 300 and 700 g.
  • the minimum and maximum limits allowable deformation of the wire can be fixed as example at 0.3 mm deviation at 30 cm from the center of the sensor for the lower terminal and 0.5 mm from deviation 30 cm from the center of the sensor for the terminal higher.
  • these terminals can be modified, possibly by reprogramming, each time new cut. It is thus possible to cut out parts with a permissible deflection of the profile very important, especially when it is necessary to cut back areas.

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Description

L'invention concerne un dispositif pour la découpe de pièces de forme quelconque dans un bloc de matière thermofusible au moyen d'un profilé résistif déformable chauffé, de préférence électriquement, et maintenu en tension dans une position initiale appropriée, la découpe s'effectuant par déplacement relatif de la pièce à découper et du profilé.
On connaít de nombreuses installations de découpe de pièces dans des blocs de matière thermofusible, en particulier dans des blocs de matière synthétique alvéolaire telle que polystyrène ou autre.
Ces installations proposent, pour les matières thermofusibles, d'utiliser des profilés rectilignes ou galbés qui, chauffés électriquement, fondent la matière sur leur passage. Un tel exemple d'une installation est fourni dans le brevet FR-A-2.665.100. Toutefois, toutes les installations décrites à ce jour présentent un inconvénient commun, à savoir une absence de précision de la découpe obtenue.
En effet, on sait depuis longtemps que, pour obtenir une très bonne précision de découpe et un état de surface de grande qualité, il est nécessaire d'utiliser des profilés très fins de section très faible. Ceci permet de négliger l'épaisseur du trait de coupe, de travailler sans correction de cotes et de considérer le négatif comme ayant les mêmes caractéristiques dimensionnelles que la pièce. Il devient alors possible de fabriquer des pièces particulièrement complexes par décomposition du volume et remontage. On sait également par ailleurs que les matériaux à découper ne sont pas isotropes. En effet, ils ne présentent pas une densité homogène et, par conséquent, un comportement constant à la fusion. Il en résulte que la faible tension mécanique du profilé, limitée par sa section, ne permet pas de garantir sa rectitude ni sa longévité en cas de vitesse trop élevée. En effet, la découpe s'effectue par déplacement relatif du bloc de matière à découper et du profilé. On constate toujours, du fait des forces de frottement s'exerçant sur le profilé pendant le déplacement du bloc et/ou du profilé, que le profilé prend de la flèche, c'est-à-dire se déforme, ce qui nuit à l'état de surface de la découpe réalisée. On constate en particulier l'apparition de vaguelettes à la surface de la matière tranchée. A l'inverse, une vitesse trop faible provoque une détérioration rapide de la surface du trait de coupe par épaississement de ce trait de coupe. Il en résulte que, dans le cas d'une vitesse trop élevée, la déformation du fil tend à modifier la coupe devant être réalisée tandis que, dans le cas d'une vitesse trop faible, le trait de coupe devient particulièrement important.
Ces observations d'absence de précision ont déjà été mentionnées dans la littérature. Toutefois, les raisons invoquées étaient toujours erronées. Ainsi, une telle installation, mise au point pour tenter de remédier aux inconvénients précités, est décrite dans le brevet US-A-4.601.224. Dans ce brevet, il est prévu une installation pour la découpe de matière thermofusible dans laquelle la température du profilé est asservie à la flèche du profilé. Dans ce dispositif, le principe de fonctionnement est le suivant. Lorsque les moyens de détection de la flèche détectent une flèche du fil constituant le profilé, ils génèrent une augmentation de la température du fil jusqu'à ce que la flèche détectée ait à nouveau une valeur acceptable. A l'inverse, lorsqu'ils ne détectent pas de flèche, ils diminuent la température du fil. Il en résulte les deux inconvénients suivants : l'augmentation de la température vers une limite supérieure et l'obligation pour garder une qualité du trait de coupe d'augmenter cette température "en aveugle" nuisent à la longévité du fil qui ne peut supporter très longtemps de telles variations importantes de température. En outre, l'obligation de travailler à des températures parfois élevées oblige à choisir des profilés de plus grande section. A l'inverse, le fait que l'absence de détection de flèche génère une diminution de la température peut engendrer une réduction de la température en deçà de la température nécessaire à la fusion du matériau, risquant de nuire à nouveau à l'état de surface de la coupe.
On connaít en outre un dispositif de découpe de pièces plus particulièrement destiné à une application médicale (NL-A-9.002.832). Ce dispositif est essentiellement constitué d'un fil tenu en partie haute à un point fixe et en partie basse par un traceur. La vitesse de déplacement du traceur et/ou la température du fil sont modifiées selon un programme d'ordinateur pour des angles aigus du profilé. Une telle installation nécessité un montage particulier du fil qui limite les possibilités de découpe des pièces.
Le but de la présente invention est donc de proposer un dispositif pour la découpe de pièces de forme quelconque dans un bloc de matière thermofusible, ce dispositif permettant d'obtenir une qualité de coupe optimale au moyen d'un profilé très fin dont la faible section permet d'offrir un état de surface de grande qualité et une finesse du trait de coupe tout en travaillant à une température qui peut être constante et qui peut être réglée à un seuil haut pré-étalonné.
Un autre but de la présente invention est de réaliser un dispositif de découpe permettant d'obtenir des pièces de forme complexe, directement de découpe, sans retouche d'ajustage et sans opération de rectification d'état de surface.
Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif de découpe entièrement automatisable dans lequel la mission d'un opérateur est facilitée, aucun réglage n'étant nécessaire y compris dans le cas où on change de matériau à découper.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de découpe dans lequel le temps de découpe peut être réduit en maintenant la vitesse de déplacement relatif du bloc de matière et du profilé à la vitesse maximale correspondant à une vitesse à laquelle on ne constate ni déformation excessive du profilé ni épaississement du trait de coupe.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif selon la revendication 1.
Grâce à cette disposition générale, le profilé peut être maintenu à chaque instant de manière entièrement automatique dans une position de découpe optimale correspondant à une valeur de déformation ou à une plage de valeurs de déformation préalablement choisies tout en générant ainsi une très bonne précision de découpe et un état de surface parfait de la pièce découpée.
Selon l'invention, les moyens d'asservissement incluent des moyens de détection en temps réel et en continu de la position d'au moins une portion du profilé, par exemple un point du profilé, pour produire des signaux représentatifs de la déformation du profilé, des moyens de traitement en temps réel et en continu desdits signaux pour générer en sortie au moins un signal de commande, des moyens de commande en déplacement du bloc de matière et/ou du profilé, ces moyens de commande étant sensibles audit signal de commande pour augmenter ou réduire la vitesse de déplacement relatif du bloc et du profilé.
Grâce à cette combinaison, le signal de commande peut être produit pour une valeur ou une plage de valeurs des signaux de déformation du profilé choisies par l'opérateur en fonction de la coupe à effectuer. Il devient ainsi possible de provoquer volontairement une flèche du profilé pour permettre la découpe d'un bloc, notamment au niveau d'une zone de rebroussement, ou bien encore de modifier l'accélération ou la décélération imprimées à la pièce et/ou au profilé en fonction de la valeur desdits signaux de déformation du profilé par rapport à la valeur de déformation de référence choisie. Une telle installation permet donc l'obtention d'une flèche paramétrable du profilé.
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel :
  • la figure 1 représente une vue en perspective schématique d'ensemble d'un dispositif pour la découpe de pièces de forme quelconque conforme à l'invention ;
  • les figures 2A et 2B représentent respectivement schématiquement en coupe transversale d'un capteur
  • et du profilé ainsi que les signaux représentatifs de la position du profilé produits par ledit capteur dans une première position du profilé et dans une seconde position du profilé ;
  • la figure 3 représente une vue schématique en coupe verticale d'un boítier monté sur l'élément support représenté aux figures 1 et 4 et
  • la figure 4 représente une vue de face d'une autre architecture d'un dispositif pour la découpe de pièces conforme à l'invention.
    • Les dispositifs pour la découpe de pièces dans un bloc 11 de matière thermofusible de forme quelconque au moyen d'un profilé 4 résistif déformable présentent des architectures diverses et variées. Dans le cas où le profilé 4 résistif est un fil ou une lame, éventuellement prégalbé, celui-ci est relié, à chacune de ses extrémités ou au voisinage de ces dernières, à des organes 5, 6 assurant le maintien en tension dudit fil, ces organes 5, 6 de maintien en tension étant portés par au moins un élément support 3 constituant au moins l'un des éléments structurels du dispositif.
    La configuration de l'élément support 3 est fonction du reste de la structure définie par la référence générale 1 dudit dispositif. Deux exemples de réalisation de l'élément support 3 sont fournis ci-après. Ainsi, dans l'exemple représenté à la figure 1, l'élément support 3 est une armature, de préférence en forme d'arc, cette armature étant couplée mécaniquement au bras 8 d'un robot manipulateur 9 au moyen d'une liaison articulée 19 comme le montre la figure 1. Ce robot 9 repose sur une structure 20 de type plateau en appui au sol. Cette structure supporte également un plateau 10, éventuellement rotatif, sur lequel est placé le bloc 11 de matière à découper, de forme quelconque. Ainsi, grâce à une telle architecture du dispositif, il est possible, au cours de la découpe, de déplacer relativement le profilé 4 et le bloc 11 de matière à découper. Les organes de commande du plateau rotatif 10 ou du bras 8 du robot 9 peuvent, de manière en soi connue, être constitués par des moteurs commandés en fonctionnement par un signal de commande approprié. L'utilisation d'un robot manipulateur 9 permet d'obtenir un grand nombre de mouvements de l'élément support 3. Ceci est notamment représenté à la figure 1 par les flèches indiquant les différentes possibilités de mouvement du robot manipulateur. Il en résulte une possibilité de découpe de pièces de forme quelconque. La vitesse de déplacement du profilé 4 ainsi obtenue par la combinaison de ces différents mouvements peut être régulée, comme cela sera décrit ci-après, du fait de la présence de moyens d'asservissement de la vitesse de déplacement du profilé 4 à la position d'au moins une portion du profilé 4. Il en est de même de la vitesse de rotation du plateau rotatif 10 support du bloc 11 de matière à découper pour obtenir une ou plusieurs pièces de forme quelconque.
    Dans une autre configuration, conforme à celle représentée à la figure 4, l'élément support 3 est formé de deux rails verticaux parallèles constitutifs du bâti du dispositif et le long desquels se déplacent les organes 5, 6 (figure 3) de maintien en tension du profilé. Ces organes de maintien en tension 5, 6 peuvent être logés à l'intérieur d'un boítier 2 représenté à la figure 3 et qui sera décrit ci-après, ce boítier 2 se déplaçant à coulissement le long des rails constitutifs de l'élément support 3. Dans ce cas, les boítiers 2, disposés de part et d'autre des extrémités du profilé 4, se déplacent ensemble le long des rails verticaux. Le déplacement du profilé 4 le long de ces deux rails verticaux assure la découpe en Y. Ces rails verticaux sont eux-mêmes mobiles le long d'un ou plusieurs rails horizontaux. Le déplacement de ces rails le long des rails horizontaux assure la coupe en X du bloc 11 de matière. Généralement, ces déplacements sont assurés par des moteurs pas à pas dont la commande en fonctionnement sera décrite ci-après. Le bloc 11 est quant à lui disposé sur un plateau 10, rotatif ou non, porté par une table.et disposé entre les rails verticaux portant les organes 5, 6 de maintien en tension du profilé 4.
    Dans les deux architectures de dispositif précitées, les organes 5, 6 de maintien en tension du profilé 4 sont, par exemple, constitués de deux vérins 5 disposés à chacune des extrémités du profilé 4, ces vérins 5 étant logés dans des paliers guides 7 disposés soit à l'intérieur d'un boítier 2 monté amovible sur ledit élément support 3, tel que représenté à la figure 3, soit directement dans ledit élément support 3, par exemple aux extrémités des branches de l'arc, dans le cas d'un élément support 3 constitué par une armature en forme d'arc du type de celle représentée à la figure 1. Ces vérins 5 peuvent être montés soit respectivement à déplacement libre en translation et à position stationnaire réglable en translation à l'intérieur desdits paliers guides 7, soit respectivement à déplacement libre en translation et à position stationnaire unique à l'intérieur desdits paliers guides 7. Ainsi, dans le cas représenté à la figure 3, le vérin 5 est un vérin à déplacement libre en translation encore appelé vérin à déplacement automatique. Ce vérin 5 coopère avec un organe de rappel 6 exerçant une tension permanente continue réglable, de manière telle que l'élongation du fil de coupe formant profilé 4 est compensée par les déplacements continus dudit vérin 5 à déplacement automatique entre deux positions extrêmes. Dans l'exemple représenté à la figure 3, il est en outre disposé, au voisinage de l'extrémité du vérin 5 recevant le fil de coupe 4, au moins une poulie 13, de préférence deux poulies 13, 14, faisant office de galets tendeurs. Ces poulies 13, 14 remplissent plusieurs fonctions. Elles permettent d'une part d'assurer, dans une zone située au voisinage de la zone de détection Z1 de la position du fil de coupe 4 qui sera décrite ci-après, une position horizontale du fil 4 indépendamment de la position des organes 5, 6 de maintien en tension du fil. En outre, ces poulies 13, 14 sont conformées pour reconnaítre le diamètre du fil de telle sorte que, dès qu'un changement de fil intervient, cette information est transmise à des moyens de traitement 18 qui seront décrits ci-après de manière à prendre en compte la nouvelle configuration du fil, en particulier lors du choix de la ou des valeurs de déformation du fil correspondant à une découpe optimale. Ces poulies peuvent en outre permettre l'amenée d'un courant servant au chauffage du fil. Grâce à la présence de ces poulies, il est ainsi possible de ne plus maintenir dans l'axe du fil les organes 5, 6 de maintien en tension du fil 4, ce qui permet de refroidir plus aisément ce fil. Les moyens de refroidissement 12 sont dans ce cas constitués par une turbine disposée sensiblement dans l'axe du fil à l'intérieur dudit boítier 2 comme représenté à la figure 3. A l'autre extrémité du fil (non représentée à la figure 3), il peut être par exemple disposé un vérin mécanique à positions stationnaires réglables. Ce vérin est dans ce cas constitué d'un axe fileté porté par un palier thermiquement isolant et non conducteur ménagé par exemple dans un boítier analogue à celui représenté à la figure 3, cet axe comportant au voisinage de ses extrémités un épaulement et éventuellement une butée de fin de course ainsi qu'un écrou de réglage de la position axiale. Bien évidemment, d'autres modes de réalisation desdits organes de maintien en tension du profilé peuvent être envisagés. Grâce à ces organes de maintien en tension du profilé, on accompagne la déformation du profilé qui se produit au cours de la découpe de la pièce à réaliser. Cette déformation du profilé se traduit par un fléchissement du profilé lors du contact pièce/profilé, ce fléchissement générant un allongement du profilé au cours de la coupe. On assure ainsi, grâce à ces organes de maintien en tension, une tension quasi-constante du profilé.
    Le profilé 4 est généralement constitué d'un fil ou d'une lame, éventuellement pré-galbés, déformables. Généralement, les fils utilisés sont des fils métalliques, en inox ou en alliage nickel/chrome avec une section très faible, de préférence comprise entre 40 et 200 microns. La nature et les dimensions du fil sont choisies en fonction de la température de chauffage et de la matière à découper. Le fil est chauffé par des moyens de chauffage appropriés. Généralement, ce fil est chauffé par le passage d'un courant fourni par un gradateur, ce gradateur délivrant par exemple une tension de 220 Volts sous 50 Hertz. Comme représenté à la figure 3, ces moyens de chauffage peuvent également être intégrés dans un boítier 2 monté de manière amovible sur ledit élément support 3 de la structure de l'installation. La température de chauffage du fil, fonction de la température de fusion de la matière à découper, est généralement comprise dans la plage [200 - 600°C]. Cette température peut être maintenue constante du fait de la présence dans l'installation de moyens d'asservissement de la vitesse de déplacement relatif du profilé et du bloc 11 de matière à découper à la position instantanée d'au moins une portion du profilé.
    Comme il a déjà été précisé ci-dessus, lors de la découpe d'un bloc 11 de matière thermofusible de forme quelconque, bloc 11 et profilé 4 sont animés d'un déplacement relatif, c'est-à-dire que le bloc 11 et/ou le profilé 4 sont déplacés. Au cours de ce déplacement, le profilé 4 est engagé dans le bloc 11 de matière et génère, du fait de sa température, une fusion du matériau constitutif du bloc 11. Cet engagement génère en outre, du fait de la résistance opposée par le bloc Il au profilé, une déformation du profilé se traduisant généralement par un fléchissement du profilé. Ce fléchissement génère les inconvénients préalablement cités. Pour éliminer ce fléchissement, il convient de réduire la vitesse de déplacement relatif du bloc 11 et du profilé 4. Pour atteindre ce but, les moyens d'asservissement incluent des moyens de détection en temps réel et en continu de la position d'une portion du profilé 4 pour produire des signaux représentatifs de la déformation du profilé 4, des moyens de traitement en temps réel et en continu desdits signaux pour générer en sortie au moins un signal de commande, des moyens de commande en déplacement du bloc 11 de matière et/ou du profilé, ces moyens de commande étant sensibles audit signal de commande pour augmenter ou réduire la vitesse de déplacement relatif du bloc 11 et du profilé 4.
    Les moyens de détection peuvent affecter un grand nombre de formes. Le moyen de détection le plus simple peut être constitué par un capteur tout ou rien, tel qu'un oeillet électriquement conducteur formant contacteur, disposé autour du profilé, de préférence à une extrémité de ce dernier. Lors d'une déformation, par exemple par fléchissement du fil de coupe 4, au cours de la découpe, l'oeillet contacteur vient en contact avec un élément conducteur également circulaire incorporé au bâti de ladite installation générant ainsi un signal apte à être traité pour générer un signal de commande approprié auquel les moyens de commande en déplacement du bloc 11 et/ou du profilé 4 décrits ci-dessus sont sensibles. Toutefois, ce type de moyen de détection, bien qu'applicable dans la présente invention, manque de précision. En particulier, il ne permet pas de déterminer une borne inférieure qui correspondrait à une quasi-absence de déformation du fil. Or, cette absence de déformation du fil peut également générer des inconvénients. Il est donc préféré un capteur dont les signaux générés permettent de mesurer avec une précision généralement supérieure au dixième de millimètre la déformation du profilé par rapport à sa déformation initiale dite de repos. Avec un tel capteur, il est possible de compenser en temps réel la déformation du fil, encore appelée flèche du fil, par modification de la vitesse de déplacement relatif du bloc 11 et du profilé 4 et donc d'envisager l'automatisation de la découpe.
    Une solution préférée consiste donc à utiliser des moyens de détection en temps réel et en continu de la position d'au moins une portion du profilé 4 qui sont constitués d'un ensemble émetteur-récepteur. L'émetteur est constitué au moins par le profilé 4 parcouru par une onde électromagnétique tandis que le récepteur est constitué par au moins un capteur 15, disposé au voisinage dudit profilé, l'amplitude du ou des signaux fournis par ledit récepteur étant proportionnelle à la distance émetteur-récepteur. Dans un tel cas, la sortie du capteur 15 varie linéairement au déplacement du profilé 4. Un exemple d'un tel capteur est représenté aux figures 2A et 2B. Dans la figure 2A, le capteur est formé d'au moins quatre plaques 16A, 16B, 16C, 16D conductrices opposées deux à deux et disposées autour dudit profilé 4, de préférence au moins à l'une des extrémités de ce dernier dans la zone de détection Z1 précitée. Ces plaques conductrices 16A, 16B, 16C, 16D, telles que des plaques de cuivre, transmettent des signaux par l'intermédiaire d'un fil, de préférence blindé, à une carte électronique 17 qui, elle-même, après amplification et filtration, transmet un signal à des moyens de traitement 18 appropriés, signal correspondant linéairement à la déviation du profilé. Ces moyens de traitement des signaux peuvent être installés par exemple sur un micro-ordinateur, tel que représenté à la figure 1, pilotant la machine ou sur l'armoire de commande du robot. Ces moyens de traitement 18 génèrent à leur tour un signal de commande auxquels les moyens de commande en déplacement du bloc 11 ou du profilé 4 sont sensibles.
    La conception des moyens de détection repose sur la loi de variation de la puissance d'une onde électromagnétique se propageant dans le vide qui varie en 1/R2, R étant la distance émetteur/récepteur. Ainsi, le profilé, formant émetteur ou plus particulièrement antenne émettrice, est relié à une électronique qui fournit une onde porteuse, telle qu'un signal sinusoïdal de fréquence 100 khz, sur ledit fil. Le profilé, ainsi parcouru par cette onde électromagnétique, de préférence sinusoïdale, permet d'induire, grâce au champ magnétique concentrique produit, dans le capteur 15, des signaux dont les valeurs sont directement proportionnelles à la distance profilé 4-plaque 16A ou 16B ou 16C ou 16D. Un tel exemple est représenté aux figures 2A et 2B. Dans la figure 2A, il est représenté des signaux obtenus à partir de quatre plaques lorsque le profilé 4 est en position de repos, c'est-à-dire une position dans laquelle le fil est par exemple disposé sensiblement au centre des quatre plaques. Dans la figure 2B, au contraire, la réalisation d'une découpe a généré une déformation du fil se traduisant par un déplacement d'une portion du profilé dans le sens d'un rapprochement du fil de deux plaques. Il en résulte une variation des signaux représentatifs de la déformation du profilé produits par chacune des plaques comme le montrent les schémas de signaux associés. Les valeurs de la position du profilé 4 fournies par les deux paires de plaques correspondant à deux tensions, représentées par exemple en x et y à la figure 2A et en x' et y' à la figure 2B, sont traitées par calcul pour déterminer par extrapolation la flèche du fil, c'est-à-dire sa déformation. Cette flèche peut être obtenue notamment à partir de la valeur Z qui est égale à x'2 + y'2 . Cette valeur Z permet de déterminer par extrapolation la valeur F de la flèche du fil correspondant à la déformation de ce dernier. Si cette valeur de la flèche est comprise dans une plage de valeurs F1, F2 de flèche préalablement choisies par l'utilisateur et correspondant à la découpe choisie, aucun signal de commande n'est produit. Si, au contraire, la valeur F de la flèche est inférieure à la valeur F1 de flèche minimale prédéterminée ou supérieure à la valeur F2 de flèche maximale prédéterminée, les moyens de traitement 18 desdits signaux génèrent un signal de commande induisant au niveau des moyens de commande, tels que moteur pas à pas ou autres décrits ci-dessus, une augmentation ou une réduction de la vitesse de déplacement relatif du bloc 11 de matière et du profilé 4, par exemple, dans le second cas, par réduction de la vitesse de déplacement de l'élément support 3. En résumé, le signal de commande, produit par lesdits moyens de traitement 18, est émis lorsque la valeur mesurée et/ou calculée des signaux représentatifs de la déformation du profilé 4 est située en dehors d'une plage de valeurs prédéterminée.
    Le calcul de la réduction et/ou de l'augmentation de la vitesse peut être effectué de différentes manières. Ce calcul est fonction de la complexité du reste de l'installation. Ainsi, par exemple, dans le cas d'une machine comportant un robot manipulateur, les moyens de régulation de la vitesse devront tenir compte des autres caractéristiques dudit robot. Pour calculer la vitesse appropriée, ces moyens utilisent préférentiellement des méthodes bien connues en automatisme, telles que la correction à action proportionnelle intégrale et dérivée (PID) ou des méthodes plus simples mais toutefois efficaces telles que celle décrite ci-après.
    Lorsque la valeur F de la flèche du profilé est située en dehors de la plage de valeurs F1, F2 précitées, les moyens de traitement calculent une variable Δ qui est égale à : Δ = 1 + V/K, V correspondant à la vitesse instantanée de déplacement relatif du bloc 11 et du profilé 4 au moment où la position du profilé 4 est détectée et K étant une constante déterminée de manière empirique et comprise entre 20 et 80. Ce Δ est ajouté à la vitesse instantanée V pour obtenir une vitesse V1. La valeur V1 constitue alors la nouvelle vitesse de déplacement relatif du bloc 11 et du profilé 4. Un signal dé commande est donc adressé aux moyens de commande en déplacement du bloc 11 et/ou du profilé 4 pour procéder à la modification de la vitesse. La vitesse peut ainsi être modifiée périodiquement à chaque nouveau cycle de la boucle d'asservissement. Cette périodicité est de l'ordre de 200 millisecondes. On constate que, dans un tel système de détection, la portion du profilé 4, dont la position est détectée, est réduite à un point.
    Le capteur 15 représenté de manière schématique aux figures 2A et 2B est représenté logé à l'intérieur du boítier 2 dans la figure 3. Le boítier 2 amovible intègre donc, dans ce cas, à la fois les moyens de chauffage du profilé, les moyens de refroidissement 12 du profilé, les organes 5 et 6 de maintien en tension du profilé ainsi qu'une partie des moyens d'asservissement de la vitesse de déplacement relatif du profilé et du bloc de matière à découper à la position instantanée d'au moins une portion du profilé, en particulier le capteur 15 et la carte électronique 17. La maintenance devient ainsi particulièrement aisée. Il suffit, en cas de problème, d'enlever ledit boítier 2 de l'élément support 3 et de le remplacer par un nouveau boítier. La machine n'est ainsi pas immobilisée au cours de la réparation desdits éléments.
    Il est à noter que, généralement, le débit d'air nécessaire au refroidissement du profilé est compris entre 110 et 180 litres/minutes. La tension initiale du fil est généralement choisie entre 300 et 700 g. Les bornes minimale et maximale de déformation autorisée du fil peuvent être fixées à titre d'exemple à respectivement 0,3 mm de déviation à 30 cm du centre du capteur pour la borne inférieure et 0,5 mm de déviation à 30 cm du centre du capteur pour la borne supérieure. Bien évidemment, ces bornes peuvent être modifiées, éventuellement par reprogrammation, à chaque nouvelle découpe. Il est ainsi possible de découper des pièces avec une flèche admissible du profilé très importante, en particulier quand il est nécessaire de découper des zones de rebroussement.

    Claims (8)

    1. Dispositif pour la découpe de pièces de forme quelconque dans un bloc (11) de matière thermofusible de forme quelconque au moyen d'un profilé (4) résistif déformable, tel qu'un fil, chauffé électriquement, et maintenu en tension dans une position initiale appropriée, ce dispositif, dans lequel bloc de matière (11) et profilé (4) sont animés d'un déplacement relatif au cours duquel le bloc (11) oppose au profilé (4) une résistance tendant à modifier la déformation du profilé (4) par rapport à sa déformation initiale, comportant des moyens d'asservissement de la vitesse de déplacement relatif du profilé (4) et du bloc (11) de matière à découper,
      caractérisé en ce que les moyens d'asservissement, qui asservissent la vitesse de déplacement relative du profilé (4) et du bloc (11) de matière à découper à la position instantanée d'au moins une portion du profilé (4) pour donner à chaque instant au profilé (4) une déformation optimale correspondant à la position de découpe préalablement choisie, incluent des moyens de détection en temps réel et en continu de la position d'au moins une portion du profilé (4), par exemple un point du profilé, pour produire des signaux représentatifs de la déformation du profilé (4), des moyens de traitement (18) en temps réel et en continu desdits signaux pour générer en sortie au moins un signal de commande, des moyens de commande en déplacement du bloc (11) de matière et/ou du profilé (4), ces moyens de commande étant sensibles audit signal de commande pour augmenter ou réduire la vitesse de déplacement relatif du bloc (11) et du profilé (4).
    2. Dispositif selon la revendication 1,
      caractérisé en ce que le signal de commande produit par lesdits moyens de traitement (18) est émis lorsque la valeur mesurée et/ou calculée des signaux représentatifs de la déformation du profilé (4) est située en dehors d'une plage de valeurs prédéterminée.
    3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2,
      caractérisé en ce que les moyens de détection en temps réel et en continu de la position d'au moins une portion du profilé (4) sont constitués d'un ensemble émetteur-récepteur, l'émetteur étant constitué au moins par le profilé (4) parcouru par une onde électromagnétique, tandis que le récepteur est constitué par au moins un capteur (15) disposé au voisinage dudit profilé (4), l'amplitude du ou des signaux fournis par ledit récepteur étant proportionnelle à la distance émetteur (4)-récepteur (15).
    4. Dispositif selon la revendication 3,
      caractérisé en ce que le capteur (15) est formé d'au moins quatre plaques conductrices (16A, 16B, 16C, 16D) opposées deux à deux et disposées autour dudit profilé (4), de préférence au moins à l'une des extrémités de ce dernier.
    5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4,
      caractérisé en ce que le profilé (4) est un fil de coupe relié à chacune de ses extrémités, ou au voisinage de ces dernières, à des organes (5, 6) assurant le maintien en tension dudit fil, ces organes (5, 6) de maintien en tension étant portés par au moins un élément support (3) constituant au moins l'un des éléments structurels du dispositif.
    6. Dispositif selon la revendication 5,
      caractérisé en ce que l'élément support (3) est une armature, de préférence en forme d'arc, cette armature étant couplée mécaniquement au bras (8) d'un robot manipulateur (9) au moyen d'une liaison articulée (19).
    7. Dispositif selon la revendication 5,
      caractérisé en ce que l'élément support (3) est formé de deux rails verticaux constitutifs du bâti du dispositif et le long desquels se déplacent lesdits organes (5, 6) de maintien en tension du profilé.
    8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7,
      caractérisé en ce que les organes (5, 6) de maintien en tension du profilé (4) sont incorporés à l'intérieur d'un boítier (2) renfermant en outre au moins une partie des moyens d'asservissement de la vitesse de déplacement relatif du profilé (4) et du bloc (11) de matière à découper à la position instantanée d'au moins une portion du profilé, des moyens de refroidissement (12) dudit profilé (4), des moyens de chauffage dudit profilé, ledit boítier (2) étant monté amovible sur ledit élément support (3).
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