FR2532770A1 - Detecteur d'outil use et procede de detection de l'etat d'un outil d'une machine automatisee - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE DETECTION D'UN OUTIL USE. CE DISPOSITIF COMPORTE UN CAPTEUR 20 DE VIBRATIONS MONTE A PROXIMITE DU POINT DE CONTACT ENTRE UN OUTIL 16 ET UNE PIECE 18 A USINER ET CONNECTE A UN DETECTEUR 10 QUI, LUI-MEME, EST RELIE A UNE COMMANDE NUMERIQUE 24. CETTE DERNIERE COMPORTE UN MICROPROCESSEUR QUI COMMANDE UN CIRCUIT D'AMPLIFICATION A GAIN VARIABLE DESTINE A NORMALISER A UN NIVEAU FIXE L'AMPLITUDE MOYENNE DU SIGNAL DU CAPTEUR. LES IMPULSIONS DE CE SIGNAL SONT DETECTEES, PENDANT LE FONCTIONNEMENT DE LA MACHINE, ET COMPAREES A UNE REFERENCE CHOISIE. DOMAINE D'APPLICATION : AUTOMATISATION DES OPERATIONS D'USINAGE PAR MACHINES-OUTILS.

Description

- L'invention concerne les dispositifs de détection d'outils usés, et elle

a trait plus particulièrement à des dispositifs conçus pour détecter des crêtes de signaux d'un capteur pour produire des indications de l'usure d'un outil. Un problème important à résoudre dans le fonctionnement des machines-outils est la maintenance des

outils de coupe Il est important d'identifier immédiate-

ment des outils détériorés par usure, écaillage ou rupture.

Jusqu'à présent, sur des machines-outils relativement simples, l'opérateur utilisait continuellement un outil de coupe jusqu'à ce qu'il s'aperçoive visuellement de

son usure ou de sa rupture Le procédé d'utilisation jus-

qu'à défaillance a souvent pour résultat la production de pièces dont les usinages sont d'une précision variable au fur et à mesure que l'outil s'émousse La nécessité de surveiller l'état de l'outil est encore plus importante dans des machines automatisées relativement sophistiquées, car si là bris d'un cutil n'est pas détecté, la poursuite du travail peut endommager la pièce ainsi que d'autres

outils dans le cas d'une machine à broches multiples.

Des programmes de maintenance préventive, qui consistent à remplacer périodiquement les outils de coupe avant leur usure complète, ont été adoptés Bien que de tels programmes aient pour avantage de permettre un temps

d'arrêt prévu, par exemple le soir ou pendant les change-

ments d'équipe, ils introduisent un gaspillage par le fait que des outils disposant encore d'une certaine durée de vie utile sont mis au rebut Par conséquent, pour maximiser le rendement des machines-outils et pour minimiser le gaspillage, il est important de surveiller les outils de

coupe individuels et de déterminer avec précision l'impor-

tance de l'usure de chaque outil afin que l'opérateur ou la machine automatisée puisse être averti de l'imminence de la défaillance d'un outil pour éviter;des problèmes

aux conséquences graves.

L'art antérieur est riche en systèmes différents destinés à détecter automatiquement l'état d'outils dans des machines d'usinage Par exemple, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 4 207 567, la consommation

d'énergie d'un centre d'usinage est utilisée comme indica-

tion de l'usure d'un outil D'autres essais consistent à utiliser l'analyse de la signature de la vibration résul- tant de l'opération d'usinage comme indication de l'usure de l'outil Jusqu'à présent, ces procédés se sont avérés sans succès, ou bien ils ont utilisé une analyse spectrale pour déterminer l'amplitude de l'usure de l'outil Ces essais se sont généralement avérés trop coûteux pour que leurs principes complexes de détection puissent être mis en oeuvre, ou bien ils ont utilisés des techniques d'analyse relativement lentes, ne permettant pas de

détecter rapidement la défaillance d'un outil.

Un procédé particulièrement prometteur est décrit dans l'ouvrage technique MR 82-901, Society of Manufacturing Engineers, Dearborn, Michigan ( 1982) sous le titre "An On-Line Method of Determining Tool Wear By Time-Domain Analysis", de Yee et collaborateurs Cet article, qui

contient également une excellente description de l'art

antérieur, décrit la détection de crêtes ou impulsions d'un signal d'accéléromètre, en synchronisme avec la période de rotation de l'outil Lorsque l'on trouve une crête dépassant un niveau de seuil, le signal d'entrée est échantillonné de façon répétée, à intervalles égaux à la période de rotation, jusqu'à ce que quatre crêtes successives soient trouvées; à ce moment, il est produit

un signal commandant le retrait de l'outil.

Il est évident que l'établissement du seuil

au niveau approprié est de la plus grande importance.

Conformément à ce qui est décrit dans l'ouvrage précité,

le niveau de seuil est réduit de façon successive à intêr-

valles fixes jusqu'à ce que le signal de l'accéléromètre dépasse le seuil En d'autres termes, le seuil est modifié pendant une étape d'apprentissage ou d'étalonnage avec un outil neuf jusqu'à ce que l'amplitude du signal devienne supérieure au niveau de seuil variable En cours de fonctionnement, le seuil est réglé à ce niveau et les

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crêtes produites ensuite, indiquant une usure de;l'outil,

sont détectées par comparaison du signal de l'accélëro-

mètre avec ce niveau de seuil établi.

Malheureusement, ce procédé présente certains inconvénients qui réduisent ses possibilités d'utilisation dans des opérations d'usinage très diverses Dans certaines opérations d'usinage, il peut être impossible de placer

l'accéléromètre très près du point de contact entre l'ou-

til et la pièce En conséquence, l'amplitude moyenne du signal de l'accéléromètre peut être très faible Il est donc nécessaire de régler le seuil variable à un niveau très bas A ce faible niveau de seuil, il devient difficile de faire la différence entre les crêtes dues réellement à l'usure de l'outil et d'autres impulsions étrangères, présentes dans le signal de l'accéléromètre, ce qui diminue

la précision ou la résolution du dispositif de détection.

On peut prévoir d'autres problèmes-si l'amplitude du signal de l'accéléromètre est très grande, par exemple

par suite d'une distance très faible séparant l'accéléro-

mètre de l'outil.

L'invention a pour objet de résoudre ces problèmes et d'offrir un dispositif de détection d'outil usé pouvant être utilisé industriellement dans une large diversité

d'applications d'usinage.

Conformément à l'invention, le signal d'un

capteur de vibrations est transmis à un circuit d'ampli-

fication à gain variable comprenant au moins un composant

à commande numérique destiné à modifier le gain du circuit.

-Des moyens de comparaison sont prévus pour appliquer-à un microprocesseur un signal représentatif de la différence relative entre le signal de sortie du circuit à gain variable et une tension fixe de référence Le microprocesseur réagit au signal de sortie des moyens de comparaison et normalise le signal du capteur en faisant varier le gain du circuit jusqu'à ce que l'amplitude moyenne du

signal du capteur soit sensiblement égale à la référence.

Pendant le cycle de fonctionnement de la machine, une indication d'usure d'outil est produite par détection de

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l'apparition d'impulsions, dans le signal du capteur, ayant des amplitudes dépassant le niveau normalisé Lorsqu'un nombre donné d'impulsions successives est détecté dans une période de temps associée à la période de rotation de l'outil, un signal d'avertissement est produit et peut

être utilisé pour retirer l'outil de la pièce.

Conformément à un autre aspect de l'invention, il est prévu un mode adaptatif dans lequel le signal du capteur est normalisé de façon répétitive pendant le fonctionnement de la machine La normalisation répétitive se règle automatiquement en fonction des variations de l'amplitude du signal du capteur pouvant être dues, par exemple, à la variation de la distance relative entre le capteur et l'outil pendant l'opération d'usinage Une caractéristique de l'invention réside dans le fait que des impulsions pouvant être erronées et détectées par le circuit lorsque l'outil n'est pas dans la position permettant

de fournir des données valides au capteur, sont négligées.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est une vue simplifiée d'une machine-outil utilisant le détecteur d'outil usé selon l'invention; la figure 2 est une vue de face du panneau avant de la forme préférée de réalisation du détecteur selon l'invention; les figures 3 A et 3 B représentent un schéma du circuit électrique de la forme préférée de réalisation de l'invention; les figures 4 A et 4 B illustrent des signaux typiques produits par le capteur de vibrations et utilisés par la forme préférée de réalisation du détecteur selon l'invention;

la figure 5 est un diagramme des temps illus-

trant sous une forme simplifiée l'opération de normalisa-

tion effectuée par la forme préférée de réalisation du détecteur selon l'invention, dans un mode adaptatif; et la figure 6 est un organigramme montrant les opérations effectuées par le microprocesseur dans le mode adaptatif de fonctionnement de la forme préférée

de réalisation du détecteur selon l'invention.

La figure 1 représente sous une forme simplifiée une application typique du détecteur 10 d'outil usé selon l'invention Une machine-outil 12 comprend une broche 14 destinée à faire tourner un outil, par exemple un foret 16 f pour percer des trous dans une pièce 18 Un capteur 20 de vibrations est convenablement monté dans une position

lui permettant de détecter des vibrations engendrées pen-

dant une opération d'usinage Dans cette forme de réalisa-

tion, le capteur 20 se présente sous la forme d'un accé-

léromètre piézoélectrique qui peut être monté magnétique-

ment sur la pièce 18.

Le capteur 20 est relié à une entrée d'un détecteur d'outil usé qui est conçu pour transmettre un signal d'avertissement par une ligne 22, ce signal indiquant

l'imninence de la défaillance de l'outil ou d'autres condi-

tions d'usure Le signal d'avertissement peut être trans-

mis à un contrôleur 24 à commande numérique par ordinateur, destiné à retirer le foret 16 lorsqu'il reçoit le signal d'avertissement du détecteur 10 En variante, le détecteur peut être relié directement à la commande de retrait de la machine-outil 12, auquel cas le contrôleur 24 peut être en communication par une ligne 26 avec le détecteur

pour transmettre à ce dernier des signaux de commande.

Il convient de noter que, bien que la figure 1 représente le détecteur 10 comme étant monté pour la détection de l'état d'un foret, la présente invention

s'applique à des opérations d'usinage très diverses.

Les figures 2 et 3 représentent en détail le panneau avant et le circuit interne du détecteur 1 Le panneau avant 28 comporte un visuel 30 à plusieurs chiffres, un clavier 32 d'entrée de données et un ensemble de commutateurs à touches de commande, désigné globalement par la référence numérique 34 Le fonctionnement de ces

dispositifs d'entrée sera décrit plus en détail ci-après.

Les figures 3 A et 3 B représentent un micro-

processeur 40, par exemple du type Motorola MC 68701,

formant le coeur du dispositif électronique de commande.

Ainsi qu'il est bien connu dans la technique, le micro-

processeur 40 comporte des lignes d'adressage qui sont connectées par un bus 42 d'adressage à un décodeur 42 et à une mémoire associée 46 Le décodeur 44 est destiné, entre

autres, à l'adressage de composants particuliers du dispo-

sitif La mémoire 46 représente un ou plusieurs dispositifs de mémorisation capables d'enregistrer des informations de programmes, des données temporaires de sécurité et autres Les données provenant du microprocesseur 40 sont transmises aux composants du dispositif par un bus 48 de données qui est représenté comme étant connecté à la mémoire 46 et à un circuit 50 de commande du visuel pour commander le fonctionnement du visuel 30 sur le panneau avant Le bus 48 de données est également utilisé de façon avantageuse pour commander les composants d'un circuit 52 d'amplification à gain variable et d'un circuit 54 de

sélection de rapport.

Comme représenté notamment sur la figure 3 A, l'accéléromètre 20 est connecté à l'entrée du circuit 52 à gain variable Ce circuit 52-comprend un amplificateur tampon 56 qui possède une entrée à haute impédance et une sortie à basse impédance avec un gain égal à un La sortie

de l'amplificateur 56 est reliée à un convertisseur numé-

rique/analogique 58 à commande numérique et multiplication.

La sortie du convertisseur numérique/analogique 58 est reliée à un amplificateur opérationnel 60 L'ensemble formé par le convertisseur 58 et l'amplificateur 60 établit un gain qui est commandé de façon variable entre zéro et la valeur absolue 1 L'amplitude du gain est déterminée par le signal numérique provenant du microprocesseur 40 par le bus 48 de données qui est connecté aux entrées du convertisseur 58 Dans cette forme de réalisation, le convertisseur 58 est un convertisseur numérique/analogique à multiplication à 12 bits, par exemple un composant du type AD 7542 de la firme Analog Devices Ainsi qu'il est bien connu dans la technique, le convertisseur 58 sert de diviseur de courant à commande numérique qui établit un rapport 0-1 du courant d'entrée suivant le code défini

par l-es signaux numériques provenant du microprocesseur 40.

L'amplificateur opérationnel 60 est utilisé pour reconver-

tir le courant en une tension correspondante.

La sortie de l'amplificateur 60 est connectée à l'entrée d'un amplificateur 61 qui est configuré de façon à avoir un gain égal à 25 Sa sortie est reliée à 1 o un ensemble analogue à convertisseur numérique/analogique 62 et amplificateur 64 qui travaille de la même manière

que l'ensemble constitué par le convertisseur 58 et l'am-

plificateur 60 La sortie de l'amplificateur 64 est reliée à un autre amplificateur 66 ayant également un gain égal

à 25 Un amplificateur tampon 68 et un circuit résistif-

capacitif associé ont pour effet d'éliminer tout décalage en courant continu du signal provenant de l'amplificateur 66 Il convient de noter que le circuit 52 à gain variable

a pour effet d'amplifier le signal d'entrée dé l'accélé-

romètre d'un gain-compris entre zéro et 625 L'amplitude réelle du gain est déterminée par les valeurs des signaux numériques appliqués aux convertisseurs 58 et 62 par le

bus 48 de données provenant du microprocesseur 40.

Le signal amplifié de l'accéléromètre, apparais-

sant à la sortie du circuit 52, est appliqué à un noeud Nl

qui lui-même est connecté à un circuit 70 de normalisa-

tion Un amplificateur opérationnel 72 et les composants qui lui sont associés sont destinés à appliquer à un noeud N 2 une forme redressée sur une alternance et filtrée du signal qu'il reçoit-à son entrée En d'autres termes, ce circuit est destiné à éliminer par filtrage les crêtes du signal de l'accéléromètre, dont le gain est

réglé, et il établit un niveau de courant continu équi-

valant sensiblement à l'amplitude moyenne de la forme d'onde du signal de l'accéléromètre Ce signal de courant continu est appliqué à l'entrée directe d'un comparateur 74 dont l'entrée d'ieversion est reliée à un niveau de référence fixe Dans cette forme de réalisations le niveau de référence fixe est de 1 volt, cette tension provenant d'une division, par des résistances de précision R 12 et R 13, de la tension d'entrée d'une source d'alimentation

régulée à 15 volts La sortie du circuit 70 de normalisa-

tion applique à une ligne 76 un signal dont l'état indique

si l'amplitude moyenne du signal amplifié de l'accéléro-

mètre est supérieure ou inférieure à la référence fixe de 1 volt La ligne 76 est reliée à une borne d'entrée

du microprocesseur 40.

Le signal amplifié de l'accéléromètre, appliqué au noeud Ni, est également appliqué à l'entrée directe d'un comparateur 78 destiné à effectuer une comparaison instantanée entre le signal normalisé de l'accéléromètre et un niveau de tension de seuil établi par le circuit 54 de sélection de rapport Ce circuit 54 utilise un autre convertisseur numérique/analogique 80 à commande numérique et un autre amplificateur associé 82 pour établir un niveau de tension choisi qui doit être dépassé avant que le comparateur 78 bascule ou change d'état', Ainsi qu'on peut le voir, le circuit 54 est appelé circuit de sélection

de rapport, car le niveau qu'il établit correspond généra-

lement au rapport de l'amplitude des impulsions que l'on souhaite détecter et de l'amplitude moyenne du signal de l'accéléromètre Dans cette forme de réalisation, le circuit 54 de sélection de rapport est conçu pour établir des niveaux de tension de O à 15 volts appliqués à l'entrée d'inversion du comparateur 78 Lorsque ce niveau est dépassé, une ligne 84 transmet un signal d'interruption

au microprocesseur 40.

Le fonctionnement de la forme préférée de réali-

sation du détecteur d'outil selon l'invention sera à pré-

sent décrit Normalement, l'utilisateur introduit d'abord le mode d'étalonnage en appuyant sur le bouton "étalonnage" du panneau 28 de commande Un foret neuf 16 est mis en place et l'opération d'usinage commence La figure 4 A représente un signal typique de l'accéléromètre produit avec un outil neuf Cependant, l'amplitude entre crêtes du signal de l'accéléromètre varie suivant des éléments tels que le type de l'accéléromètre ou autre capteur utilisé, sa position par rapport au point de contact entre le foret et la pièce, et d'autres facteurs Conformément à l'invention, le détecteur 10 d'outil agit de manière à normaliser le signal de l'accéléromètre à un niveau de

1 volt, quelle que soit son amplitude initiale.

Comme représenté sur les figures 3 A et 3 B, le microprocesseur 40 utilise initialement une technique par approximations successives pour régler le gain du circuit 52 à gain variable afin que sa tension de sortie soit d'environ 1 volt A cet effet, le gain des convertisseurs 58 et 62 est initialement établi à environ la moitié

du maximum, c'est-à-dire la moitié de la possibilité d'am-

plification par un gain-maximal de 625 Le circuit 54 de sélection derapport est également positionné par le microprocesseur 54 pour appliquer une tension de référence

de 1 volt à l'entrée du comparateur 78 Si le micro-

processeur commande une interruption par un signal appliqué à la ligne 84, le gain est réglé à une valeur trop élevée et le microprocesseur 40 agit de façon à abaisser le gain au moyen des techniques classiques d'approximations successives Par contre, si le gain est trop bas, il l'accroît Ce processus itératif se poursuit sur dix cycles afin d'amener le signal amplifié de l'accéléromètre

sensiblement à la référence souhaitée de 1 volt au noeud Nl.

Puis le circuit 70 de normalisation intervient, en coopé-

ration avec le microprocesseur 40, pour régler lentement

le gain du circuit 52 jusqu'à ce que la sortie du compara-

teur 74 indique que l'on a atteint le gain approprié pour amener le signal de l'accéléromètre au niveau précis de

normalisation de 1 volt.

Après que le signal de l'accéléromètre a été

normalisé, l'utilisateur peut introduire le mode d'appren-

tissage Dans ce mode de fonctionnement, l'utilisateur

programme le nombre de tours par minute auquel la machine-

outil travaille et il peut en outre programmer un nombre

fixe d'impulsions qu'il faut recevoir avant qu'une condi-

tion de retrait apparaisse Conformément à l'inventions si un mode d'apprentissage est établi, le dispositif incrémente automatiquement le niveau de seuil établi par le circuit 54 de sélection de rapport Par exemple, le microprocesseur 40 indique au convertisseur 80 d'établir le niveau de référence à un rapport de 1/1 correspondant à un niveau de seuil de 1 volt Etant donné que le signal de l'accéléromètre a été normalisé à 1 volt, ceci a pour effet sur le comparateur 78 de lui faire produire presque immédiatement un signal d'interruption Si le nombre programmé d'impulsions synchrones apparaît à ce rapport,

le microprocesseur 40 intervient alors pour élever le ni-

veau de seuil établi par le circuit 64 de sélection de rapport à 1,5 volt et il l'affiche A ce faible rapport, il est probable qu'un autre retrait se produit sans rupture de l'outil Le microprocesseur continue ce processus jusqu'à ce que l'outil se brise Après une série de ces essais, l'opérateur peut programmer un rapport inférieur

afin de provoquer le retrait de l'outil avant que ce der-

nier arrive au stade de la rupture, déterminé par l'expé-

rience de cet opérateur, ou bien avant que d'autres

opérations d'usinage indésirables apparaissent.

Dans le mode de fonctionnement normal, le nombre d'impulsions et le rapport sont établis, de même que le gain, pour normaliser l'amplitude moyenne du signal de l'accéléromètre La figure 4 B représente un signal qui peut être typiquement produit par un outil usé, sur le point de se détériorer On peut voir que le signal présente des impulsions périodiques qui apparaissent à une fréquence

associée à la période de rotation de la machine-outil-.

Lorsque l'amplitude des impulsions dépasse le niveau de seuil établi par le circuit 54 de sélection de rapport, le comparateur 78 transmet un signal d'interruption au microprocesseur 84 Ce dernier utilise alors l'information préalablement programmée de vitesse de rotation pour définir une fenêtre dans laquelle des impulsions successives doivent être reçues pour être valides Cette fenêtre peut être établie par un compteur commandé par un logiciel à l'intérieur du microprocesseur 40 Cette fenêtre est généralement choisie pour apparaître un certain nombre

donné de fois lors de chaque tour effectué par la machine-

outil, par exemple aux instants o les deux lèvres du foret portent contre la pièce Les signaux n'apparaissant pas dans cette fenêtre ne sont pas considérés comme

des critères d'indication valide de l'outil, car ils peu-

vent-être engendrés par des bruits et d'autres phénomènes transitoires du milieu ambiant Si un nombre préalablement programmé d'impulsions successives est reçu à l'intérieur de la fenêtre, le microprocesseur 40 produit alors un

signal commandant le retrait de l'outil de la pièce.

Une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention est la possibilité d'utiliser un mode adaptatif, en plus du mode de fonctionnement normal venant d'être décrit Dans le mode adaptatif, le détecteur 10 intervient de manière à normaliser de façon répétitive

l'amplitude moyenne du signal du capteur pendant la tota-

lité de l'opération d'usinage La précision du dispositif est ainsi augmentée, car le circuit selon l'invention se règle automatiquement en fonction des variations de l'amplitude du signal du capteur Ces variations peuvent

être dues à des facteurs tels que des variations de l'écar-

tement entre le point de contact du foret avec la pièce et l'accéléromètre, Par exemple, si la machine-outil est destinée à percer un certain nombre de trous dans la pièce, le long de cette dernière, lorsque le trou percé se rapproche de l'accéléromètre 20, le signal de sortie de ce dernier augmente d'amplitude Inversement, plus

l'accéléromètre s'éloigne du point de contact, plus l'am-

plitude de son signal diminue Il convient de noter que

dans le mode normal ou non adaptatif, le signal de l'accé-

léromètre est normalisé par rapport à un écartement fixe entre l'accéléromètre et le point de contact de l'outil avec la pièce Par conséquent, si les trous percés se rapprochent beaucoup plus de l'accéléromètre que pendant l'étape d'étalonnage, il peut devenir difficile de différencier les impulsions indiquant l'usure de l'outil des autres crêtes du signal de l'accéléromètre Cependant, ce problème est atténué par une normalisation continue du signal d'entrée dans le mode adaptatif Par exemple, si le trou percé se rapproche de l'accéléromètre, ce qui a pour résultat un signal d'amplitude élevée, le circuit 52 de réglage à gain variable diminue automatiquement son gain résultant pour établir la tension au niveau normalisé

de 1 volt En conséquence, la technique normale de compa-

raison et de détection d'impulsions reste précise et ne

détecte pas de fausses données.

L'invention permet également d'ignorer les impul-

sions détectées par le comparateur 78 pendant les périodes au cours desquelles le signal de l'accéléromètre n'est pas normalisé dans le mode adaptatif Il est évident à

l'homme de l'art qu'il faut une période finie pour entre-

prendre la séquence de normalisation décrite ci-dessus.

Par conséquent, lorsque le signal de l'accéléromètre pré-

sente des zones de transition importantes, il peut exister

des périodes pendant lesquelles le dispositif n'a pas tota-

lement normalisé le signal Un exemple d'un tel cas est constitué par le perçage profond ou par intermittence, dans lequel le foret exécute plusieurs cycles de travail au cours desquels il entre en contact de façon répétitive

avec la pièce pendant une certaine durée, puis est retiré.

La figure 5 montre la relation entre le gain établi par le circuit 52 de réglage de gain et le niveau normalisé établi par le dispositif lorsque l'amplitude moyenne du signal de l'accéléromètre présente de grandes variations comme cela peut se produire au cours d'un

perçage profond Le point A représente le signal de l'accé-

léromètre lorsque l'outil a été retiré Le point B repré-

sente l'accroissement d'amplitude du signal lorsque le

foret est entré en contact avec la pièce Le gain du cir-

cuit 52 est élevé, comme indiqué au point C, lorsque le signal de l'accéléromètre est relativement bas, afin d'amener ce signal au niveau normalisé de 1 volt Au moment o le foret entre en contact avec la pièce, le signal

de l'accéléromètre s'élève brusquement, mais il est impossi-

ble au circuit de réagir assez rapidement pour abaisser

le gain du circuit 52 d'une manière normalisant immédia-

tement le nouveau signal d'amplitude élevée En conséquence, le niveau appliqué à l'entrée directe du comparateur 78 peut être momentanément trop élevé, comme indiqué au point D Ceci pourrait avoir pour résultat la détection

de fausses impulsions sans relation avec l'usure de l'outil.

Conformément à l'invention, le microprocesseur est conçu pour surveiller les transitions ou changements

d'état du comparateur 74 pendant le processus de normalisa-

tion Le sous-programme de la figure 6 illustre sous une

forme simplifiée le fonctionnement du microprocesseur 40.

Dans l'exemple ci-dessus, une transition est émise par le comparateur 74 lorsque le signal de l'accéléromètre s'est élevé au point B, car le gain antérieur du circuit 52 applique à l'entrée directe du comparateur 74 un niveau de courant continu qui dépasse notablement la tension

fixe de référence de 1 volt appliquée à l'entrée d'inversion.

Cette transition présente sur la ligne 76 agit sur le microprocesseur 40 afin qu'il commence à réduire le gain

du circuit 52 Cependant, s'il existe une grande diffé-

rence, il faut un intervalle de temps notable avant que -

le gain soit réglé à un point tel que l'entrée du compara-

teur 74 soit inférieure à la tension fixe de référence de 1 volt La possibilité de détecter de fausses impulsions potentielles existe pendant cette période Pour empêcher cette détection, le microprocesseur 40 repositionne un compteur de commande de logiciel qui commence un nouveau comptage à chaque réception d'un signal de transition provenant ducomparateur 74 Si aucune autre transition

n'est reçue pendant un temps limite préalablement pro-

grammé, le compteur arrive au bout de son comptage, et le microprocesseur ignore les signaux d'impulsions qui peuvent être reçus par la ligne 84 Lorsque le dispositif a réglé le gain du circuit 52 au niveau normalisé, les transitions provenant du comparateur 74 apparaissent de façon régulière et le microprocesseur considère de nouveau les signaux présents sur la ligne 84 comme étant des

impulsions valides.

L'homme de l'art peut à présent apprécier les perfectionnements apportés par la présente invention Des indications précises de l'usure de l'outil sont obtenues à l'aide d'un circuit efficace pour son coût et de techniques pouvant être mises en oeuvre aisément Le

dispositif de détection d'outil présente une grande sou-

plesse et il peut être utilisé dans des applications d'usi-

nage très variées et diverses.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit';et représenté

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1 Dispositif de détection d'un outil usé ( 16) destiné à analyser des signaux d'entrée provenant d'un capteur ( 20), chaque signal d'entrée se présentant sous la forme d'une onde analogique qui comporte des impulsions périodiques dépassant l'amplitude moyenne du signal lorsque

l'outil est usé, le dispositif de détection étant caracté-

risé en ce qu'il comporte un circuit ( 52) d'amplification à gain variable connecté au capteur et comprenant au moins un composant à commande numérique destiné à modifier le gain du circuit, des moyens destinés à fournir une tension fixe de référence, des moyens de comparaison ayant des entrées reliées aux sorties du circuit à gain variable et à ladite tension fixe de référence, des moyens ( 24) de commande numérique ayant une entrée reliée à une sortie

des moyens de comparaison et une sortie reliée aux compo-

sants à commande numérique, ces -moyens de commande numé-

rique étant destinés à normaliser le signal du capteur en faisant varier le gain dudit circuit jusqu'à ce que l'amplitude moyenne du signal du capteur soit sensiblement égale à la tension de référence, et un détecteur ( 10) monté entre le circuit d'amplification à gain variable et les moyens de commande numérique afin de détecter l'apparition d'impulsions en détectant des niveaux de tension du

signal amplifié du capteur, supérieurs au niveau normalisé.

2 Dispositif de détection selon la revendica-

tion 1, caractérisé en ce que les moyens de commande numé-

rique comprennent un microprocesseur ( 40) conçu pour trans-

mettre des signaux de réglage de gain, par un bus ( 48) de données, au composant à commande numérique du circuit

à gain variable.

3 Dispositif de détection selon la revendica-

tion 2, caractérisé en ce que le circuit de réglage de gain comprend un convertisseur numérique/analogique ( 58) à multiplication conçu pour recevoir des signaux provenant

du microprocesseur, par le bus de données, et un amplifi-

cateur ( 60) à gain fixe connecté au convertisseur afin que les signaux du microprocesseur agissent pour régler le gain de l'ensemble formé par le convertisseur et l'amplificateur.

4 Dispositif de détection selon la revendica-

tion 3, caractérisé en ce que le détecteur comprend un second composant à commande numérique et un second amplifi- cateur ( 82) à gain fixe, le second composant étant connecté au microprocesseur et étant conçu pour établir un niveau choisi de tension associé à un rapport prédéterminé de l'amplitude des impulsions à l'amplitude du signal moyen du capteur, et un 'second comparateur ( 78) ayant des entrées connectées au second amplificateur et au circuit de réglage de gain et destiné à détecter l'apparition d'impulsions

ayant des amplitudes dépassant le niveau de tension choisi.

Dispositif de détection selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que le second composant à commande numérique est un convertisseur numérique/analogique ( 80)

à multiplication.

6 Dispositif de détection selon la revendica-

tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens ( 72) de redressement connectés à la sortie du circuit de réglage de gain et destinés à établir un niveau de courant continu correspondant à l'amplitude moyenne du signal amplifié appliqué à une entrée du comparateur

afin d'être comparé à ladite tension de référence.

7 Dispositif de détection selon la revendica tion 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un panneau ( 28) de commande portant des dispositifs permettant

à un utilisateur de programmer le rapport choisi.

8 Dispositif de détection selon la revendica-

tion 3, caractérisé en ce que le microprocesseur est conçu pour incrémenter automatiquement le rapport pendant

un mode d'apprentissage.

9 Dispositif de détection selon la revendica-

tion 1, caractérisé en ce que le panneau de commande

comporte un dispositif d'entrée ( 32) permettant à l'utili-

sateur d'introduire une valeur associée à la vitesse de rotation, en tours par minute, de l'outil à surveiller, le microprocesseur utilisant cette valeur pour définir une fenêtre temporelle dans laquelle des signaux de détection à impulsions, provenant du détecteur, doivent être reçus pour être considérés comme signaux donnant une

indication valide de l'état de l'outil.

10 Dispositif de détection selon la revendica- tion 9, caractérisé en ce que le microprocesseur est destiné à compter des signaux à impulsions reçus dans la fenêtre, et à produire un signal d'alarme indiquant l'bmxinence d'une défaillance de l'outil à la réception d'un

nombre donné de signaux successifs à impulsions.

11 Dispositif de détection selon la revendica-

tion 10, caractérisé en ce que le signal d'avertissement

est utilisé pour retirer l'outil.

12 Dispositif de détection selon la revendica-

-15 tion 1, caractérisé en ce que le capteur est un accélé-

romètre.

13 Dispositif de détection selon la revendica-

tion 1, caractérisé en-ce que l'accéléromètre est monté

sur une pièce ( 18).

14 Dispositif de détection d'un outil usé ( 16), destiné à analyser des signaux d'entrée provenant d'un capteur ( 20) de vibrations, chacun de ces signaux se présentant sous la forme d'une onde analogique qui comporte des impulsions périodiques dépassant l'amplitude moyenne du signal lorsque l'outil est usé, le dispositif étant

caractérisé en ce qu'il comporte un circuit ( 52) d'ampli-

fication à gain variable ayant une entrée connectée à la sortie du capteur et comprenant, montés en série, deux

convertisseurs numériques/analogiques ( 58, 62) à multipli-

cation et des amplificateurs associés ( 60, 64) à gain

fixe, destinés à amplifier le signal du capteur, un cir-

cuit( 70) de normalisation comprenant un élément ( 72) destiné à redresser le signal de sortie du circuit à gain variable pour établir un niveau de courant continu associé à l'amplitude moyenne du signal amplifié du capteur, un premier comparateur ( 74) ayant une entrée

connectée de façon à recevoir le signal de niveau dedcou-

rant continu et une autre entrée connectée à une tension fixe de référence, ce premier comparateur ayant une sortie dont l'état est représentatif de la différence relative entre les niveaux de tension appliqués à ses entrées, le dispositif comprenant en outre un circuit ( 54) de sélection de rapport comportant un convertisseur numérique/analogique ( 80) à multiplication et un amplificateur associé ( 82),

afin d'établir un niveau de seuil choisi, un second compa-

rateur ( 78) ayant une entrée connectée à la sortie du circuit de sélection de rapport et une autre entrée connectée

à la sortie du circuit à gain variable, et destiné à pro-

duire un signal de sortie si le signal amplifié du capteur

dépasse le niveau de seuil établi par le circuit de.

sélection de rapport, le dispositif comportant également des moyens destinés à produire un signal commandant le retrait de l'outil, et un microprocesseur ( 40) monté de façon à recevoir des signaux de sortie despremier et second comparateurs et à appliquer, par un bus ( 48) de données, des signaux de commande aux convertisseurs du circuit à gain variable afin de régler le gain de ce dernier jusqu'à ce que le signal du capteur soit sensiblement égal à la tension fixe de référence, le microprocesseur étant en outre conçu pour transmettre des signaux choisis au convertisseur du circuit de sélection de rapport afin de définir le niveau de seuil choisi, de façon que le microprocesseur produise un signal qui actionne les moyens de retrait à la suite de la réception d'un nombre de signaux successifs, provenant du second comparateur et

indiquant l'imminence d'une défaillance de l'outil.

Procédé adaptatif de détection de l'état

d'un outil ( 16) dans une machine automatisée ( 12), caracté-

risé en ce qu'il consiste à monter un capteur ( 20) de vibrations dans une position lui permettant de détecter des vibrations engendrées lors d'opérations d'usinage, à normaliser en continu l'amplitude moyenne d'un signal en forme d'onde produit par le capteur, l'amplitude moyenne étant normalisée à un niveau fixe pendant la totalité du fonctionnement de la machine, à détecter l'apparition d'impulsions, dans le signal, ayant une amplitude dépassant 1 9 le niveau normalisé, et à produire un signal d'alarme indiquant l'état de l'outil à la suite d'une détection

d'un nombre donné d'impulsions.

16 Procédé selon la revendication 15, caracté-

risé en ce que l'étape de normalisation est effectuée

par réglages répétitifs du gain d'un circuit ( 52) d'am-

plification à gain variable jusqu'à ce que l'amplitude

moyenne du signal soit sensiblement égale au niveau fixe.

17 Procédé selon la revendication 16, caracté-

risé en ce qu'il consiste en outre à surveiller le temps demandé pour normaliser le signal du capteur au niveau fixe, et à arrêter sélectivement la détection des impulsions après l'écoulement d'un temps donné, jusqu'à ce que le signal du capteur soit sensiblement normalisé, de façon à empêcher une fausse détection de signaux indiquant une usure de l'outil lorsque le gain est initialement supérieur à-celui nécessaire pour amener le signal du capteur au

niveau normalisé choisi.