FR2569879A1 - Dispositif de controle et procede de detection acoustique d'un contact entre un outil de coupe et une piece - Google Patents

Abstract

ON DECRIT UN DISPOSITIF ET UN PROCEDE DE CONTROLE DES VIBRATIONS DE PLAQUETTE DE COUPE 18 DE L'OUTIL DE COUPE D'UNE MACHINE-OUTIL ET D'INTERPRETATION DES VIBRATIONS DE MANIERE A DETECTER RAPIDEMENT LE CONTACT INITIAL AVEC LA PIECE ET PROVOQUER L'ARRET DE L'OUTIL AVANT QU'IL N'Y AIT ENDOMMAGEMENT DE LA SURFACE. LE SIGNAL PRODUIT PAR UN DETECTEUR 21 OU 23, TEL QU'UN ACCELEROMETRE EST PRETRAITE DANS LE BUT D'ELIMINER LE BRUIT DE FREQUENCE PLUS BASSE DE LA MACHINE ET DETECTER L'ENERGIE DANS UNE BANDE DE FREQUENCE PLUS ELEVEE, PUIS SOUMIS A UN ECHANTILLONNAGE ET ANALYSE PAR UN CIRCUIT NUMERIQUE. DE MANIERE A EVITER LES FAUSSES ALARMES DUES A DES IMPULSIONS DE POINTES DE BRUIT DE HAUTE AMPLITUDE PROVOQUEES PAR LE FONCTIONNEMENT DE LA MACHINE-OUTIL, L'ALARME POUR CONTACT AVEC L'OUTIL EST RETARDEE D'UN TEMPS PLUS LONG QUE LA DUREE MAXIMUM DES IMPULSIONS DE BRUIT. ON DECRIT DEUX TECHNIQUES PERMETTANT D'IGNORER LES POINTES DE BRUIT TOUT EN DETECTANT LE SIGNAL DE CONTACT AVEC L'OUTIL. APPLICATION AU DIMENSIONNEMENT DES PIECES PAR L'OUTIL SUR MACHINES-OUTILS.

Description

La présente invention concerne un appareil de contrôle de machines-outils

et un procédé pour détecter les vibrations d'un outil de coupe afin de déceler son contact

initial avec la pièce, pour une mesure en ligne de dimen-

sions de cette dernière. Dans l'usinage de pièces métalliques complexes,

par exemple des parties d'un moteur d'avion, il est néces-

saire de vérifier près de 100 fois les dimensions de chaque pièce au cours du processus d'usinage. Le temps que cela nécessite constitue une fraction importante du temps total d'usinage, et par conséquent a un effet important sur la productivité du processus d'usinage. Une méthode souple d'utilisation de l'outil lui-même pour le dimensionnement des pièces a pour effet de réduire le temps consacré à cette fonction et d'augmenter la productivité. Comme l'outil est en mesure d'endommager la pièce si son avance n'est pas stoppée avec précision à la surface de la pièce, le système de détection du contact de l'outil doit être très sensible

et très rapide.

On a mis au point ou proposé de nombreuses tech-

niques différentes indépendantes et directes pour procéder au dimensionnement des pièces. Parmi ces techniques on peut citer l'interférométrie par laser et la sonde rétractable de déclenchement par contact. Une technique utilisant l'outil lui-même pour déceler le contact entre l'outil et la pièce -2- en détectant les vibrations de l'outil fait l'objet du

brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 428 055. Cette inven-

tion est un perfectionnement des systèmes précédents et d'autres systèmes de l'art antérieur dans le but de réduire les fausses alarmes et sa sensibilité est bien meilleure. Dans le but de détecter le contact initial avec la surface de la pièce de l'outil de coupe pendant son avance, avant que celui-ci ne puisse endommager la pièce, il est nécessaire que le détecteur de contact de l'outil décèle le très faible signal de vibration produit par un léger contact par frottement. Pour éviter les fausses alarmes, le système de détection du contact de l'outil doit ignorer ou rejeter tous les autres signaux. Des essais effectués sur place ont montré que le fonctionnement de certains tours lors de tests de contact produisent un bruit aigU ayant une amplitude qui peut dépasser celle du signal dû à un faible contact par frottement d'un facteur de 100 ou plus malgré l'utilisation d'une discrimination dans le domaine de fréquences vis-à-vis des sources de bruit des machines qui sont généralement des

basses fréquences. Le problème consiste à rejeter ces impul-

sions de bruit d'amplitude élevée, de courte durée, tout en

maintenant une détection rapide du signal de faible ampli-

tude dû au léger contact continu de frottement.

La présente invention a pour but un système de

détection du contact d'un outil qui nécessite un temps infé-

rieur à celui des dispositifs concurrents n'utilisant pas un outil de coupe comme sonde, et dont la mise en oeuvre est

moins coûteuse que celle de la plupart des systèmes concur-

rents.

La présente invention a pour autre but un détec-

teur perfectionné du contact d'un outil présentant une sen-

sibilité convenable et empêchant les fausses alarmes dans la

plupart des installations comportant des tours et des ma-

chines-outils.

La présente invention a encore pour but un appa-

-3- reil de contrôle pouvant être facilement intégré avec un détecteur acoustique de rupture d'outil dans un système de

détection combiné de rupture d'outil et de contact d'outil.

Un détecteur de vibration tel qu'un accéléromètre

S qui est le-plus sensible aux fréquences entourant une fré-

quence de résonance est placé sur la machine-outil dans le but de capter les vibrations à l'interface outil-pièce. Un préprocesseur analogique comporte un moyen pour procéder à un filtrage passe-haut et à une amplification du signal de

vibration de manière à effectuer une discrimination vis-à-

vis du bruit de fréquence plus basse de la machine, et un moyen pour redresser le signal et lui faire traverser un filtre passe-bas pourdétecter l'énergie dans une bande entourant la fréquence de résonance. La fréquence de coupure =15 du filtre passe-bas est inférieure à 500 Hz de manière à éviter la formation d'ambiguités par l'opération ultérieure

d'échantillonnage. Le signal unipolaire de sortie du prépro-

: cesseur analogique est: échantillonné, et les échantillons sont transformés sous forme numérique et= analysés par un circuit numérique, qui peut être un ordinateur universel programmable.: On a prévu des moyens pour comparer chaque

:échantillon à un niveau connu de seuil d'amplitude qui cons-

titue un facteur minimum au-dessus de la valeur du signal

continu de bruit de- déplacement provoqué par le fonctionne-

ment de la machine-out-il en I'absence de contact entre l'outil et la pièce, et pour produire un signal -d'alarme de contact avec l'outil qui suit rapidement la détection d'au moins une amplitude d'échantillon audessus du seuil, signal qui- doit- être appliqueé à la commande- de. la machine-outil

pour arrêter l'avance de l'outil.

Les modes de réalisation recommandés comportent

une logique de reconnaissance des formes de façon à confir-

mer un contact valable avec l'outil après la détection d'un échantillon se trouvant au-dessus du seuil et à ignorer les impulsions des bruits aigus avant contact afin d'éviter les 4- fausses alarmes. L'alarme dû au contact avec l'outil est retardé d'un temps supérieur à la durée maximum connue des impulsions de bruit d'amplitude élevée. Un procédé consiste à traiter chaque échantillon et à compter le nombre des échantillons se trouvant soit au-dessus du seuil, soit au-

dessous du seuil au cours d'une durée de confirmation pré-

établie. Une alarme pour contact est produite lorsqu'est

atteint un nombre pré-réglé d'échantillons se trouvant au-

dessus du seuil avant la fin de la période de confirmation

ou, si, lors du comptage d'échantillons se trouvant au-des-

sous du seuil, le nombre pré-réglé n'est pas atteint avant la fin de la période de confirmation. Un autre procédé faisant appel à un compteur bidirectionnel procède à un

comptage dans une direction des échantillons situés au-des-

sus du seuil et à un comptage dans l'autre direction des échantillons situés au-dessous du seuil ou (vice-versa) et

donne une alarme lorsqu'il y a détection d'un nombre pré-dé-

terminé d'échantillons en excès du premier type.

- La description qui va suivre se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement: Figure 1, une vue partielle en élévation d'un tour

à tourelle horizontale représentant des variantes de posi-

tions de l'accéléromètre; Figure 2, une vue simplifiée en élévation d'un tour à tourelle verticale et des variantes de positions du détecteur; Figure 3, un schéma sous forme de bloc du système de détection du contact avec l'outil; Figure 4, le signal de vibration à la sortie du traitement analogique de signal o un bruit aigU est présent et la technique de déclenchement et de confirmation de la détection du contact; Figures Sa et 5b, la technique de détection du contact par compteur bi-directionnel et montre le signal de vibration et les comptages dans le compteur bidirectionnel; -5- Figure 6a un organigramme de programme pour la

première technique (déclenchenement et confirmation) utili-

sant les échantillons situés au-dessus du seuil; Figure 6b, les comptages dans les compteurs A et B; Figure 6c, la pointe de bruit et le signal de contact à plusieurs moments d'échantillonnage; Figures 7a-7c, une variante d'approche utilisant

des échantillons situés au-dessous du seuil, et l'organi-

gramme, la séquence de comptage, et les signaux de bruit et de contact; Figure 8a, un organigramme de programme pour la seconde technique (compteur bi-directionnel); Figure 8b, les comptages d'une alarme valable; et Figure 8c, la pointe de bruit et le signal de

contact à plusieurs temps d'échantillonnage.

La position de montage du détecteur de vibration pour la détection du contact avec l'outil fait l'objet d'une détermination propre à chaque machine-outil devant être

contrôlée. Il existe une grande variété de tours avec les-

quels peut fonctionner le système de contrôle de la ma-

chine-outil. Il existe des tours comportant des broches

horizontales et des tours avec des broches verticales. Cer-

tains tours n'ont qu'une seule position de montage du porte-outil, alors que d'autres en comportent plusieurs, et dans ce dernier cas les diverses positions du porte-outil peuvent être réparties sur la périphérie d'une tourelle qu'on peut faire tourner pour amener en position de coupe l'outil que l'opérateur a choisi. Sur certains tours, un équipement auxiliaire motorisé peut être monté tel que des dispositifs automatiques de changement d'outil. L'appareil de contrôle peut être utilisé dans d'autres types de

machines-outils tels que les fraiseuses, les centres d'usi-

nage, et les perceuses.

Il est nécessaire de faire un compromis entre un certain nombre d'objectifs parfois contradictoires dans la -6- sélection et l'évaluation de l'endroit de montage d'un détecteur sur une machine-outil. Parmi ces objectifs, on peut citer les éléments suivants: tout d'abord, le couplage acoustique de la bande des signaux de vibration contenant l'information sur le signal de contact avec l'outil. Ces signaux sont produits à l'interface ou à proximité de cet interface entre la plaquette rapportée de l'outil de coupe et la pièce. Avant de pouvoir être détectés, ces signaux

doivent se propager vers l'emplacement du détecteur. L'at-

ténuation et la déformation du trajet de propagation sont fonction de la distance et de la géométrie du trajet, et plus particulièrement du nombre d'interfaces mécaniques entre source et détecteur. En second lieu, l'emplacement des sources de signaux parasites. Certaines sources de signaux parasites sont situées près des sources désirées de signaux et atteignent le détecteur en suivant le même trajet ou des trajets similaires. Cependant, pour toute machine donnée, des sources comme les soupapes hydrauliques, les paliers, et

l'équipement auxiliaire peuvent présenter d'autres emplace-

ments avec les trajets de propagation plus ou moins favo-

rables jusqu'à un emplacement particulier de montage du détecteur. Il est souhaitable de monter le détecteur là o son couplage acoustique avec les sources de signaux est relativement bon, et o son couplage acoustique avec les

sources principales de parasites est relativement mauvais.

En troisième lieu, il y a la protection physique du détec-

teur et de son câblage. Le meilleur emplacement pour le

détecteur, s'agissant du couplage acoustique, est probable-

ment sur le porte-outil à proximité du bord de coupe de la

plaquette rapportée de l'outil. Cependant, une telle posi-

tion de montage expose le capteur, son câble, et les connec-

teurs du câble à un environnement physique extrêmement hos-

tile en termes de forces, température, et contamination par

le fluide de coupe. En quatrième lieu, il y a la minimisa-

tion des détecteurs et des canaux de traitement des signaux

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du détecteur. Dans les machines comportant plusieurs posi-

tions de montage du porte-outil, la décision de monter le détecteur sur le porte-outil implique un détecteur et un

canal de traitement de signal pour chaque position de mon-

tage du porte-outil. Cela est extrêmement fâcheux. En cin-

quième lieu, on peut citer la place matérielle dont on dis-

pose, laquelle varie grandement d'une machine à l'autre. Le détecteur et l'ensemble électronique intégré de la présente invention- sont miatériellement très petits, augmentant les options dont on dispose pour le choix de l'emplacement du montage.. La figure 1 est un dessin simplifié d'une partie d'un tour à tourelle horizontale comportant un bâti de machine 10, une broche 11, un mandrin 12, un dispositif 13 de serrage de la pièce 14, et un poste de commande numérique 15. Une tourelle rotative 16 pour outil comporte plusieurs dispositifs porte- outil 17 afin de supporter l'ensemble 18

formé par le porte-outil et la plaquette rapportée. La tou-

relle 16 est montée sur-un support 19, lequel peut à son

tour se déplacer le long de deux coulisseaux transversaux 20.

Un détecteur de vibration 21 tel qu'un accéléro-

mètre à large bande est monté sur la tourelle 16; ainsi, un seul détecteur dans une position unique de montage peut contrôler n'importe quelle position du porte-outil que

l'opérateur a choisi pour effectuer l'opération de coupe.

Cet emplacement de montage fournira généralement un rapport signal/bruit parasite satisfaisant. Comme la tourelle peut

être animée d'un mouvement de rotation, et dans de nom-

breuses machines dans une direction seulement, on ne peut

connecter-électriquement le détecteur à- un système électro-

nique fixe de traitement de signal avec de simples câbles.

Un coupleur électrique tournant 22 est la seule façon de transférer le signal électrique sortant du transducteur. En option, on peut monter le détecteur de vibration 23 sur le coulisseau, o des tests ont montré qu'on pouvait obtenir -8- ainsi un bon fonctionnement sur certains tours. Que le détecteur soit monté ou non sur la tourelle est une question qu'on doit résoudre expérimentalement sur chaque machine

devant être contrôlée.

En figure 2, on a représenté un tour à tourelle verticale et deux emplacements appropriés pour le montage du détecteur de vibration. Les parties illustrées sont les

suivantes: le bâti de machine 24, le mandrin 25, le dispo-

sitif 26 de serrage de la pièce, la pièce 27, le coulisseau

transversal 28, le coulisseau vertical 29, la tourelle rota-

tive 30, le dispositif porte-outil 31, et l'ensemble 32

formé par le porte-outil et la plaquette de coupe (l'en-

semble de commande numérique n'est pas représenté). Le signal de vibration produit par le détecteur 33 monté sur la tourelle est transmis par le coupleur électrique tournant 34 aux circuits de détection du contact avec l'outil. Un autre emplacement de montage se trouve sur l'un des coulisseaux de

la machine; le détecteur 35 présente un bon contact acous-

tique avec le coulisseau vertical 29.

En figure 3, on a indiqué les caractéristiques

principales du système de détection du contact avec l'outil.

Le détecteur est un accéléromètre 36 à large bande, ayant une réponse plate entre des fréquences très basses et une valeur située juste audessous de sa fréquence de résonance dans le voisinage de 40 kHz et audessus. Cette résonance est légèrement amortie, de sorte que le détecteur est plus sensible aux fréquences situées à quelques kilohertz de sa résonance, et que sa sensibilité tombe rapidement pour des fréquences très supérieures à la fréquence de résonance. Un

détecteur de vibration haute fréquence de ce type est l'ac-

céléromètre dit Vibrametrics VM 1018 (fabriqué par la

Société Vibra-Metrics, Inc., Hamden, CT). Lors d'une opéra-

tion de contrôle des dimensions d'une pièce, l'ensemble formé par le porte-outil et la plaquette de coupe 18 (figure 1) se déplace rapidement vers la pièce 14, puis ralentit -9

jusqu'à une vitesse d'environ 25 mm par minute jusqu'à ob-

tention du contact. Le bruit continu dû au déplacement, bruit de fond provoqué par le fonctionnement normal de la machine-outil en l'absence de contact avec la pièce, se trouve détecté. Certaines machines-outils produisent un bruit de pointe de courte durée, mais d'amplitude élevée, alors que d'autres sont relativement silencieuses et

génèrent aucune impulsion de bruit. Il se produit une aug-

mentation brutale et pratiquement continue du niveau des

vibrations lorsque la plaquette de l'outil s'avançant lente-

ment vient toucher la pièce. Ces vibrations sont détectées

par l'accéléromètre et transformées en signal électrique.

Le signal électrique est appliqué à un filtre passe-haut 37 ayant une fréquence de coupure légèrement inférieure à la fréquence de résonance du détecteur de manière à faire une discrimination vis-à-vis du bruit à

amplitude élevée de la machine, lequel a tendance à se con-

centrer à des fréquences plus basses. La combinaison de l'accéléromètre résonant et du filtre passe-haut produit un filtrage passe-bande des signaux de vibration qui favorisent les fréquences dans la bande d'environ 20 kHz au voisinage de la fréquence de résonance de l'accéléromètre. Le filtre passe-haut a un gain élevé, environ 60 ou 70db, de manière à porter le faible signal de contact avec l'outil provenant du détecteur à un niveau compatible avec les conditions de

l'étage ultérieur de redressement du système.

La combinaison d'un redresseur double alternance et d'un filtre passe-bas agit en détecteur d'énergie double alternance 38 (le filtrage est trop important pour une détection réelle de l'enveloppe), transformant le signal

bipolaire des détecteurs en signal "enveloppe" unipolaire.

La fréquence de coupure du filtre passe-bas est typiquement 500 Hz de manière à éviter la formation d'ambiguité lors de

l'opération ultérieure d'échantillonnage tant que la fré-

quence d'échantillonnage est bien au-dessus de la fréquence

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de Nyquist le 1 kHz. Ainsi, la période d'échantillonnage

peut être suffisamment longue pour effectuer l'analyse numé-

rique nécessaire du signal entre des échantillons analogi-

ques de signal. La fréquence de coupure du filtre passe-bas peut de fait être aussi faible que 100 Hz. Or, en figure 3,

on a représenté le signal unipolaire à la sortie du prépro-

cesseur analogique. Le faible signal de bruit continu dû au déplacement est représenté en 39, les pointes de bruit de

haute amplitude en 40, et le signal croissant progressive-

ment de contact avec l'outil en 41. Comme on l'a indiqué,

certains tours et machines-outils ont des signaux de vibra-

tion avant contact ne présentant aucune pointe de bruit.

Les échantillons de signal à la sortie du traite-

ment analogique de signal, extraits par un dispositif d'échantillonnage 42, sont ensuite mis sous forme numérique par un convertisseur analogiquenumérique 43, puis de nouveau traités et analysés par un circuit numérique 44, qui

peut avoir la forme d'un ordinateur universel programmable.

Lorsque le circuit numérique reconnaît un profil de signal associé à un contact avec l'outil, satisfaisant un critère donné de détection de contact, il produit un signal d'alarme pour contact. Ce signal est appliqué à la commande 45 de la machine-outil, laquelle arrête l'avance de l'outil et mesure la course de l'outil entre une référence de départ et la

surface de la pièce. Un ensemble 46 constitué d'un calcula-

teur des dimensions des pièces et d'un dispositif d'affi-

chage transforme cette information en dimensions de pièce et

affiche le résultat.

Le système de détection du contact avec l'outil ignore les pointes de bruit qui peuvent être présentes et donne une alarme quelques millisecondes après le contact de l'outil avec la pièce. Les fausses alarmes qui seraient déclenchées par les pointes de bruit sont évitées. La figure

4 illustre un procédé, à savoir la technique de déclenche-

ment et de confirmation de la détection du contact avec

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:- il =-

l'outil, qui permet au détecteur de contact avec l'outil de rejeter lespointes de! bruit tout en détectant le signal de contact avec l'outil. Un niveau de seuil d'amplitude 47 est sélectionné et pré-instauré et constitue un facteur minimum S -supérieur, de 2 à- 3 fois, aux pointes de signal du bruit

continu dû au déplacement qui= est produit par le fonctionne-

ment de la machine-outil en l'absence de contact entre l'outil et la pièce. Le cas échéant, le niveau du seuil peut suivre les variations du niveau du bruit de fonctionnement de la machine-outil. Lorsque la pointe de bruit 40 passe par le seuil de détection d'amplitude, elle est détectée et cela provoque le déclenchement -du détecteur. L'algorithme entre dans une période de confirmation réglée de manière à être

légèrement plus longue que la durée maximum connue des im-

pulsions de bruit. Pendant cette période de confirmation, l'algorithme procède- continuellement à un contrôle des échantillons de signal pour vérifier qu'ils sont au-dessus du seuil d'amplitude. Lorsqu'un nombre inférieur à une valeur pré-établie, N, de ces échantillons est détecté lors de la période de confirmation, l'impulsion de bruit est rejetée ou écartée:comme faux signal de contact. Lorsque le signal s'élève- audessus du seuil d'amplitude 47 par suite

du contact de frottement entre l'outil et la pièce, l'al-

gorithme entre- de nouveau dans la période de confirmation.

Cette fois, les échantillons de signal restent au-dessus du seuil d'amplitude 47 pendant toute la durée de-la période de confirmation, et une alarme pour un contact avec l'outil est : produite lorsque le nombre pré-établi, N, d'échantillons situés au-dessus du seuil est- atteint avant le dépassement du temps imparti de la période de confirmation. En variante, on peut utiliser des échantillons situés au-dessous du

seuil. Dans ce cas, la logique de détection est inversée.

Une alarme est produite s'il n'y a pas comptage de N échan-

tillons pendant la période de confirmation, N étant mainte-

nant le nombre pré-etabli d'échantillons situés au-dessous

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du seuil.

Les figures Sa et 5b illustrent un autre procédé, à savoir la technique de détection du contact avec l'outil avec le compteur bi-directionnel, permettant au détecteur de contact avec l'outil d'ignorer les pointes de bruit tout en détectant le signal de contact avec l'outil. Un compteur bidirectionnel, faisant partie du circuit numérique 44, avec un seuil préétabli de T comptages pour l'alarme due au contact avec l'outil procède à un comptage progressif vers

le seuil d'alarme chaque fois que l'amplitude d'un échantil-

lon de signal dépasse le seuil d'amplitude, et a un comptage regressif par rapport au seuil d'alarme chaque fois que l'amplitude d'un échantillon de signal est inférieure au seuil d'amplitude. En variante, le compteur peut procéder à un comptage regressif des échantillons supérieurs au seuil

et à un comptage progressif des échantillons situés au-des-

sous du seuil, auquel cas on peut régler le seuil d'alarme aux comptages zéro. Le seuil T du comptage d'alarme est réglé de manière à dépasser le nombre d'échantillons de signal pouvant se produire au cours de la durée la plus longue attendue des pointes de bruit, de sorte qu'aucune pointe de bruit ne peut produire une alarme. Par exemple, en figure 5b, le seuil T correspond à quatre comptages (en pratique il s'agit d'un nombre de comptages beaucoup plus grand). Du second au cinquième moment d'échantillonnage suivant la détection d'un échantillon situé au-dessus du

seuil, deux échantillons situés au-dessus du seuil provo-

quent la progression du compteur et les échantillons situés au-dessous du seuil provoquent la régression du compteur jusqu'a sa venue à zéro. La pointe de bruit est ignorée et il n'y a aucune alarme. Un signal valable 41 de contact avec l'outil produit des échantillons situés au-dessus du seuil pendant toute la période de confirmation. Le compteur est incrémenté lors de la détection et de l'analyse de chaque échantillon, et à quatre comptages il y a production de

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l'alarme pour contact. Le signal de contact avec l'outil reste haut pendant un nombre d'échantillons supérieur à T et produit une alarme pour contact avec l'outil lors du Tème échantillon de signal après que le signal de contact ait dépassé pour la première fois le seuil d'amplitude. On peut régler la vitesse du comptage régressif de manière à ce qu'elle soit supérieure à la vitesse du comptage progressif dans le but d'éviter les alarmes lors de pointes de bruit

très proches les unes des autres.

La figure 6a représente un organigramme et la logique de reconnaissance des formes du signal de contact

avec l'outil pour la mise en oeuvre de la technique de dé-

clenchement et de confirmation de la détection de contact de la figure 4 en utilisant des échantillons situés au-dessus

du seuil. Le circuit numérique 44, qui peut être un ordina-

teur programmé, comporte deux compteurs qui procèdent tous deux à un comptage régressif vers zéro, contrairement au cas de la figure 5b o le comptage est progressif et commence à zéro. Le compteur B compte tous les échantillons de signal commençant avec le premier échantillon supérieur au seuil,

et revient à l'état initial lorsqu'il fait un comptage ré-

gressif jusqu'à zéro. Ce compteur détermine la période de confirmation. Le compteur A ne compte que les échantillons de signal supérieurs au seuil, et revient à l'état initial

lorsque le compteur B procède à un comptage dégressif jus-

qu'à zéro. Une alarme est produite lorsque le comptage dé-

gressif du compteur A atteint zéro. La première étape 49 suivant le départ concerne le réglage par l'opérateur du seuil à T: le seuil est réellement un nombre de comptages du convertisseur analogique-numérique 43, figure 3, o un comptage représente environ 2,5 millivolts. Les étapes 50 et 51 suivantes concernent le règlage du compteur A à N et du compteur B à M, o M est supérieur ou égal à N (M et N sont entrés par l'opérateur lors de l'étape 49). Pour cet exemple, N et M correspondent tous deux à trois comptages de

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manière à simplifier la description du fonctionnement de la

logique, mais les périodes réelles utilisées pour les échan-

tillons et les durées des pointes de bruit rencontrées sont telles que N serait normalement réglé à environ 15 et M à environ 20. En liaison avec les figures 6a-6c,; le compteur A est initialement règle à N = 3 comptages. Dans l'étape 52,

on détermine si le compteur A, qui compte tous les échantil-

lons de signal au-dessus du seuil, est à N et par conséquent à l'étape 53 il y a contrôle de l'échantillon 1. L'étape 54 procède à une comparaison de l'amplitude de l'échantillon et de l'amplitude du seuil; elle est inférieure au seuil. Rien ne change et conformément à la boucle logique (1), il y a contrôle de l'échantillon suivant. On notera que la boucle logique (1) est suivie si le signal est inférieur au seuil; aucun compteur n'est modifié. A l'échantillon de signal 2, le signal de la pointe de bruit est supérieur au seuil et le compteur A se trouve à N = 3 comptages. Après exécution des étapes 52-54, les étapes 55 et 56 provoque la régression des

deux compteurs A et B jusqu'à 2 via la boucle logique (2).

Lors de la détection d'un échantillon au-dessus du seuil, les boucles logiques (1) et (2) ne sont pas suivies. A l'échantillon de signal 3, lesignal de la pointe de bruit est au-dessus du seuil et le compteur A est maintenant à 2 comptages (non à N). A l'étape 52, il y a branchement sur

l'étape 57 pour contrôler l'échantillon suivant et par con-

séquent passage aux étapes 58-61. L'échantillon se trouve au-dessus du seuil, provoquant la régression du compteur A, opération suivie par un test permettant de voir si le compteur A = 0 (ce n'est pas le cas), et par la régression du compteur B. Ainsi, les deux compteurs régressent jusqu'à 1 via la boucle logique (3). L'étape 62 vérifie si B = O; ce n'est pas le cas et les étapes 52 et 57 indique qu'il y a contrôle de l'échantillon suivant. A l'échantillon de signal 4, la pointe de bruit est terminée de sorte que le signal G9879

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est au-dessous du seuil. A l'étape 58, il y a branchement sur la boucle logique (4) et seul le compteur B procède à un comptage dégressif.- Comme le compteur B est maintenant 0, l'étape 62 demande que les deux compteurssoient remis à 3 au cours des étapes 50, 51. A l'échantillon de signal 5, le signal de contact

a été initialisé et le signal se trouve au-dessus du seuil.

Les deux compteurs A et B subissent une régression jusqu'à 2 - via la boucle logique-(2). A l'échantillon de signal 6, le signal de contactcontinue à augmenter, de sorte qu'il y a détection d'un échantillon situé au-dessus du seuil. Le compteur A est à 2 (non égal à N), et les deux compteurs subissent une régression jusqu'à 1 via la boucle logique

(3). A l'échantillon de signal 7, le signal de contact con-

tinue à croître de sorte que le signal reste au-dessus du seuil. Le compteur A régresse jusqu'à 0 -à l'étape 59 et à l'étape 60 il y a branchement sur l'étape 63 et production d'une alarme pour détection du contact. Tel est la fin du programme. En résumé, les deux compteurs démarrent avec un échantillon situé au-dessus du seuil. Le compteur B, qui détermine la période de confirmation, procède au comptage de M échantillons ultérieurs avant remise à zéro de lui-même et du compteur-A. Lorsque le compteur A est réglé pour compter les échantillons ultérieurs situés au-dessus du seuil, une alarme indiquant la confirmation du contact avec l'outil est produite s'il y a un total de N comptages dans le compteur A avant que ce dernier soit ramené a zero par le compteur B. Sinon, les deux compteurs sont remis à zéro jusqu'à ce qu'un autre échantillon situé au-dessus du seuil démarre une autre période de confirmation de M comptages du compteur B. En variante, en liaison avec les figures 7a-7c, le compteur A peut être réglé pour compter les échantillons ultérieurs situés au-dessous du seuil. Une alarme indiquant

la confirmation d'un contact avec l'outil est produite lors-

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qu'il n'y a pas totalisation de N comptages du compteur A avant remise à zéro du compteur B par le compteur A. Les deux compteurs sont remis à zéro s'il y a totalisation de N comptages dans le compteur A. Dans l'exemple des figures 7b et 7c concernant cette variante, M = 6 et N = 3. les étapes 64-66 sont les mêmes que dans la première approche. Selon les étapes 67 et 68, il y a contrôle de l'échantillon 1; celui-ci est audessous du seuil, et il y a contrôle de l'échantillon suivant. L'échantillon 2 se trouve au-dessus du seuil; conformément aux étapes 6971, il y a régression

du compteur B, s'il n'est pas à 0, et contrôle de l'échan-

tillon 3. Il n'est pas au-dessous du seuil (étape 72), et il y a de nouveau régression du compteur B. Dans l'exécution de la boucle logique, l'échantillon de signal 4 est au-dessous du seuil, et au cours des étapes 72-74 il y a régression du compteur A, celui-ci n'est pas à 0, et il y a de nouveau régression du compteur B. Les échantillons 5-7 sont tous audessus du seuil, d'o plusieurs régressions du compteur B jusqu'à ce que B = O; le branchement se produit à l'étape 70 pour produire une alarme pour contact (étape 75). S'il n'y a pas d'échantillon au-dessous du seuil, par exemple, dans le cas d'une machine-outil silencieuse, le compteur B passe directement à zéro après un nombre donné de comptages et il y a production de l'alarme. On notera qu'une pointe de

bruit est rapidement écartée lors de la détection d'un cer-

tain nombre d'échantillons situés au-dessous du seuil.

La figure 8a est un organigramme permettant la

mise en oeuvre de la technique des figures Sa et 5b compre-

nant des compteurs bi-directionnels, et représente la logi-

que de reconnaissance des formes du signal de contact avec l'outil. Ce procédé fait appel à un compteur qui procède à un comptage progressif si l'échantillon se trouve au-dessous du seuil et à un comptage régressif si l'échantillon est au-dessus du seuil. Le système donne une alarme lorsque le compteur revient à zéro. Les premières étapes 76-78 suivant

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le départ concernent le réglage par l'opérateur du seuil à T et du compteur à N, et le contrôle de l'échantillon. Pour

cet exemple, N = 3 afin de simplifier l'explication. L'é-

chantillon de signal 1 est au-dessous du seuil et le compteur est réglé à N. La boucle logique (1) comprenant les

étapes 79 et 80 est suivie et l'échantillon suivant con-

trôlé. L'échantillon de signal 2 est un signal de pointe de bruit et le compteur reste à N. Via la boucle logique (2) et

les étapes 81 et 82, le compteur subit une régression jus-

qu'à 2, il n'est pas à 0, et il y a contrôle de l'échantil-

lon suivant. L'échantillon de signal 3, lors d'une pointe de bruit est situé au-dessus du seuil et grâce à la même boucle

logique le compteur subit une régression jusqu'à 1. L'échan-

tillon de signal 4 est au-dessus du seuil car l'impulsion de bruit est terminée. A l'étape 80, la boucle logique (3) est

suivie et, au cours de l'étape 83, le compteur revient à 2.

L'échantillon de signal 5 a lieu au départ du signal de contact et se trouve au-dessus du seuil. Grâce à la boucle logique (2) le compteur subit une régression pour revenir à 1. L'échantillon de signal 6 est prélevé dans le signal croissant de contact et reste au-dessus du seuil. Aux

étapes 81 et 82, le compteur est ramené à 0 et il y a bran-

chement sur l'étape 84 et production de l'alarme pour con-

tact. Telle est la fin du programme. Le nombre d'échantil-

* lons situés au-dessus du seuil doit dépasser d'une valeur prédéterminée le nombre d'échantillons situés au-dessous du seuil avant production d'une alarme. Si le fonctionnement du tour ou de tout autre machine-outil devant être contrôlée est relativement silencieux et qu'il n'y a aucune production d'impulsions de bruit dont l'amplitude dépasse le seuil d'amplitude établi, la logique de reconnaissance des formes du signal de contact avec l'outil de l'une ou l'autre des figures 6a-7a et 8a suivera sa routine normale, détectera le signal de contact avec l'outil croissant régulièrement et produira une alarme valable. S'agissant de la figure 6a, la -18 -

boucle logique (1) est suivie jusqu'à ce que les échantil-

lons de signal dépassent le seuil. Le premier échantillon au-dessus du seuil provoque la régression des deux compteurs via la boucle logique (2). Ensuite, les échantillons se trouvent au-dessus du seuil, le compteur A n'est pas à N, et il y a plusieurs exécutions de la boucle logique (3) avant la production de l'alarme. La figure 7a a fait l'objet d'une

description. En ce qui concerne la figure 8a, les échantil-

lons sont au-dessous du seuil et la boucle logique (1) est parcourue jusqu'à détection d'un échantillon situé au-dessus

du seuil. Ensuite, la boucle logique (2) est parcourue plu-

sieurs fois jusqu'à la production de l'alarme.

Le système de détection du contact avec l'outil par détection des vibrations s'avère un produit autonome utile ainsi que comme option dans la commande numérique d'une machine-outil. On a expliqué les avantages offerts par

l'utilisation de l'outil de coupe comme sonde pour le con-

tr6le direct des dimensions d'une pièce. Le présent détec-

teur de contact et son procédé de détection présente l'autre avantage d'en permettre facilement la combinaison avec un détecteur acoustique de bris d'outil dans un système de

détection du contact avec l'outil et du bris de l'outil.

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Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Dispositif perfectionné pour la détection acoustique du contact initial d'un outil de coupe (18) avec une pièce (14, 27) sur une machine- outil, comprenant: - un détecteur de vibration (21, 23, 35) qui est

très sensible à des fréquences situées autour d'une fré-

quence de résonance et est placé sur la machine-outil pour déceler les vibrations à l'interface entre outil et pièce et transformer ces vibrations et autres vibrations en signal électrique; - un préprocesseur analogique comportant un moyen (37) pour filtrer dans un filtre passehaut et amplifier le signal de vibration afin de procéder à une discrimination vis-à-vis du bruit de fréquence plus faible de la machine, et un moyen (38) pour redresser et filtrer dans un filtre passe-bas le signal et détecter l'énergie dans une bande entourant la fréquence de résonance; -un moyen (42, 43) pour échantillonner le signal

unipolaire à la sortie du préprocesseur et transformer cha-

que échantiilon en forme numérique; et - un circuit numérique (44) comprenant un moyen pour comparer chaque échantillon à un niveau connu d'un seuil d'amplitude qui est un facteur minimum au-dessus du niveau du bruit continu produit par le fonctionnement de la machine-outil en cas d'absence de contact entre l'outil et la pièce, et un moyen pour produire un signal d'alarme pour un contact suivant immédiatement la détection d'au moins une amplitude d'échantillon au-dessus du seuil, ce signal devant être envoyé à la commande de la machine-outil pour arrêter

l'avance de l'outil de coupe.

2. Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le détecteur de vibration (21, 23, 35) est un accéléromètre à haute fréquence ayant une fréquence de

résonance supérieure à 40 kHz.

3. Dispositif selon la revendication 1, caracté-

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risé en ce que le moyen de filtre passe-bas (38) a une fré-

quence de coupure inférieure à 500 Hz et en ce que les moyens d'échantillonnage ont une fréquence d'échantillonnage

supérieure à 1 kHz pour éviter la formation d'ambiguïtés.

4. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le circuit numérique (44) comprend en outre

un moyen pour confirmer le contact avec l'outil après détec-

tion d'un échantillon situé au-dessus du seuil et ignorer

les impulsions de bruit de pointe avant contact afin d'évi-

ter des fausses alarmes.

5. Dispositif de contrôle de contact avec un outil pour détecter le contact entre la plaquette rapportée (18,

32) d'un outil de coupe et une pièce (14, 27) sur une ma-

chine-outil, comprenant: - un détecteur de vibrations à large bande (21, 23, 35) qui produit un signal électrique représentant des vibrations à l'interface entre la plaquette et la pièce et d'autres bruits de la machine-outil; - un moyen de traitement analogique de signal

comprenant un moyen (37) pour filtrer dans un filtre passe-

haut et amplifier le signal de vibration afin de procéder à une discrimination vis-à-vis du bruit de fréquence plus basse de la machine, et un moyen (38) de détecteur d'énergie double alternance pour redresser et soumettre à un filtrage passe-bas ledit signal; - un moyen (42, 43) pour échantillonner le signal unipolaire de sortie du moyen de traitement analogique et convertir chaque échantillon sous forme numérique; - un circuit numérique (44) de reconnaissance des formes comprenant un moyen pour contrôler chaque échantillon de signal et détecter le moment o l'amplitude du signal est supérieure à un niveau de seuil pré-établi qui dépasse d'un facteur minimum des niveaux de signal de bruit continu dû au déplacement, - un moyen pour rejeter des impulsions de pointes

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de bruit supérieures au seuil comme fausses alarmes pour contact, tout en détectant des signaux valables de contact qui restent au-dessus du seuil lors d'une période donnée de confirmation, et un moyen pour produire un signal d'alarme pour contact devant être utilisé pour arrêter l'avance de la

plaquette de l'outil.

6. Dispositif de contrôle selon la revendication , caractérisé en ce que le moyen servant à rejeter les impulsions de bruit et à détecter les signaux de contact avec l'outil comprend un moyen pour compter les échantillons au-dessus du seuil pendant la période de confirmation et les rejeter lorsqu'un nombre pré-établi d'échantillons au-dessus

du seuil n'est pas détecté lors de la période de confirma-

tion.

7. Dispositif de contrôle selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de comptage est constitué

de deux compteurs (A, B), dont l'un compte tous les échan-

tillons et l'autre ne compte que les échantillons au-dessus

du seuil.

8. Dispositif de contrôle selon la revendication , caractérisé en ce que le moyen permettant de rejeter les impulsions de bruit et de détecter les signaux de contact avec l'outil comprend un moyen pour compter les échantillons au-dessous du seuil lors de la période de confirmation et rejeter les impulsions de bruit de pointe lorsqu'un nombre pré-établi d'échantillons au-dessous du seuil est détecté

lors de la période de confirmation.

9. Dispositif de contrôle selon la revendication , caractérisé en ce que le moyen permettant de rejeter les impulsions de bruit et de détecter les signaux de contact

avec l'outil comprend un compteur bi-directionnel qui pro-

cède à un comptage progressif des échantillons au-dessus du seuil et à un comptage dégressif des échantillons au-dessous du seuil, ou vice-versa, et donne une alarme lorsque le nombre d'échantillons au-dessus du seuil dépasse le nombre

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d'échantillons au-dessous du seuil d'une valeur prédéter-

minée.

10. Dispositif de contrôle selon la revendication , caractérisé en ce que le détecteur de vibrations (21, 23, 35) est un accéléromètre à haute fréquence, et le moyen de détection d'énergie (38) est constitué d'un redresseur et

d'un filtre passe-bas ayant une fréquence de coupure infé-

rieure à 500 Hz de manière à fournir un filtrage anti-for-

mation d'ambiguités, à la vitesse d'échantillonnage de si-

gnal du moyen d'échantillonnage (42).

11. Procédé de détection du contact initial d'une plaquette rapportée (18, 32) d'un outil de coupe avec une pièce (14, 27) sur une machine-outil, comprenant: - la détection des vibrations de la machine-outil alors que la plaquette de l'outil avance lentement vers la

pièce et réalise un contact par frottement, et la transfor-

mation des vibrations en signal électrique; - le pré-traitement du signal de vibration par amplification et filtrage dans un filtre passe-bande afin de faire une discrimination vis-à-vis du bruit de fréquence plus basse de la machine, et le redressement et le filtrage dans un filtre passe-bas afin de détecter l'énergie dans la bande, le signal de sortie contenant un indicatif relatif au

contact avec l'outil, des pointes de bruit d'amplitude éle-

vée produites par le mécanisme de la machine-outil, et un bruit continu dû au déplacement; - l'échantillonnage du signal de sortie et la transformation de chaque échantillon en forme numérique; - la vérification de chaque échantillon de signal par rapport à un seuil de détection d'amplitude supérieur au niveau du signal de bruit continu dû au déplacement de la machine-outil, la détection d'un échantillon au- dessus du

seuil et le contrôle ultérieur de l'un ou l'autre des échan-

tillons situés au-dessus du seuil et au-dessous du seuil au cours d'une période plus longue que la durée maximum connue

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des impulsions de pointes de-bruit d'amplitude élevée et le rejet de l'impulsion de bruit comme fausse alarme et la production d'une a-larme pour contact avec l'outil lorsqu'il y a détection d'échantillons audessus du seuil au cours de cette période.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le seuil de détection d'amplitude est pré-établi et est supérieur d'environ 2 à 3 fois aux pointes de signal

du signal de bruit continu dû au déplacement.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que les échantillons situés au-dessus du seuil et au-dessous du seuil sont comptés dans un premier compteur (A) et seuls les échantillons au-dessus du seuil sont comptés dans un second compteur (B), les deux compteurs étant ramenés à zéro après que le premier ait compté un nombre pré-réglé d'échantillons, et le second produisant une alarme pour contact après comptage d'un nombre pré-réglé d'échantillons situés au-dessus du seuil avant la fin de

ladite période.

14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il y a comptage des échantillons au-dessous du seuil et production de l'alarme lorsqu'il n'y a pas comptage

d'un nombre pré-réglé avant la fin de ladite période.

15. Procédé selon la revendication 11, caractérisé

en ce qu'il n'y a production par le mécanisme de la ma-

chine-outil de pointe de bruit d'amplitude élevée, et l'alarme pour contact est produite directement après comptage d'un nombre pré-réglé des échantillons au-dessus du seuil.