FR2606895A1

FR2606895A1 - Procede et dispositif de detection acoustique des effleurements entre une fraise et une piece

Info

Publication number: FR2606895A1
Application number: FR8711840A
Authority: FR
Inventors: Charles Edmund Thomas
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1986-08-25
Filing date: 1987-08-24
Publication date: 1988-05-20
Also published as: IT1222495B; FR2606895B1; US4782452A; DE3727612A1; JPS6384850A; GB8719260D0; IT8721649A0; GB2194337A; GB2194337B

Abstract

LE CONTACT INITIAL ENTRE UNE FRAISE TOURNANTE ET UNE PIECE EST DETECTE 10 EN PRESENCE DE POINTES DE BRUIT PARASITE EN TRAITANT NUMERIQUEMENT 14 DES ECHANTILLONS D'UN SIGNAL DE VIBRATION PRE-TRAITE SIMULTANEMENT PAR UNE LOGIQUE DE BASE DE DETECTION D'EFFLEUREMENTS D'OUTIL 15 ET UNE LOGIQUE D'AMELIORATION DE LA DETECTION DES EFFLEUREMENTS DE FRAISE 16, ET EN PRODUISANT UNE INDICATION 18 D'UN EFFLEUREMENT SI L'UNE OU L'AUTRE LOGIQUE EST SATISFAITE. LA LOGIQUE DE BASE DETECTE UN NIVEAU DU SIGNAL CROISSANT CONTINUELLEMENT, SUPERIEUR A UN SEUIL ETABLI AU-DESSUS DU BRUIT DE FOND. LA LOGIQUE DE FRAISAGE DETECTE UN ECHANTILLON DE SIGNAL AU-DESSUS DU SEUIL ET ETABLIT UNE FENETRE D'ACCEPTATION SUR L'INSTANT ATTENDU DU CONTACT AVEC LA DENTURE SUIVANTE. L'EFFLEUREMENT DE L'OUTIL EST DECLARE LORSQU'UN SIGNAL AU-DESSUS DU SEUIL SE PRODUIT PENDANT LA FENETRE; LA LOGIQUE DE FRAISAGE EST REMISE A L'ETAT INITIAL PAR UNE POINTE DE BRUIT DANS L'INTERVALLE PRECEDANT LE COMMENCEMENT DE LA FENETRE. LA LOGIQUE DE BASE DETECTE L'EFFLEUREMENT DE L'OUTIL DANS LE CAS D'UN BRUIT DE POINTE DENSE. APPLICATION AUX OPERATIONS D'USINAGE PAR FRAISAGE.

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif perfectionnés

pour la détection acoustique de l'effleurement initial d'une fraise et une pièce sans qu'il y ait une fausse indication de cet effleurement due aux bruits parasites de la machine. La logique de détection des effleurements d'outil dans un moniteur de machine-outil décrite dans la demande de brevet N 86 09173 a été mise au point dans le cas des tours et présente une certaine possibilité d'emploi dans les fraiseuses. Cependant, la partie de la logique permettant d'éviter les fausses alarmes lors des pointes de bruit, qu'on rencontre parfois dans le bruit dû au fonctionnement d'une machine-outil, est à l'origine d'une pénalisation plus grande dans les opérations de fraisage que dans les opérations de tournage. Cette pénalisation se manifeste sous la forme de retards entre l'effleurement initial et la production du signal de détection de l'effleurement, et par la pénétration de l'outil dans la pièce avant la production du signal de détection. Dans le but d'obtenir l'information par signal nécessaire à la logique de reconnaissance de profil pour permettre la distinction entre le signal de vibration par - 2 - effleurement et les pointes des bruits parasites, le mode de réalisation préféré pour cette logique standard utilise un minimum de six échantillons de signal recueillis à la cadence d'un échantillon de signal toutes les demimillisecondes. La détection ne peut se produire dans ce temps minimum que si l'amplitude de chaque échantillon de signal est supérieure au seuil de détection, et aussi supérieure à l'amplitude de

l'échantillon immédiatement précédent. Ainsi, dans ces condi-

tions idéales, l'outil est en contact continu avec la pièce pendant une durée de 3 millisecondes seulement avant qu'il y ait production d'un signal de détection de l'effleurement de l'outil. La profondeur de pénétration de l'outil dans la pièce augmente continuellement pendant cette période à une cadence déterminée par la vitesse d'avance de l'outil. A la vitesse d'avance de 25 millimètres par minute pour la détection de l'effleurement, l'outil pénètre dans la pièce sur une distance négligeable de 1 millième de millimètre dans les trois millisecondes entre le contact initial de l'outil

et la production de la détection de cet effleurement.

La situation pour la détection de l'effleurement d'une fraise est assez différente. Les grains d'outils montés sur la périphérie d'un outil tournant procèdent à la coupe, et il se peut que la pièce ne tourne pas. Chaque grain d'outil est en contact avec la pièce et la pénètre plus profondément suivant un arc circulaire, atteignant une pénétration maximum lorsque le rayon partant du centre de l'outil et traversant le grain est perpendiculaire à la surface -de la pièce (voir figure 4), et continuant à suivre l'arc circulaire avec une profondeur de pénétration se réduisant jusqu'à ce que l'outil de coupe sorte de la pièce. Le signal de vibration résultant est une impulsion dont la durée est égale au temps total du contact entre l'outil de coupe et la pièce. Pour les coupes très légères des plus compatibles avec le concept de détection de l'effleurement d'un outil, ces impulsions sont difficiles à distinguer des pointes des impulsions de bruit - 3 - que l'algorithme courant de détection de l'effleurement d'un outil est destiné à ignorer. L'analyse montre que cette

logique de détection de l'effleurement est moins satisfai-

sante dans le cas d'une fraise lorsque la vitesse de l'outil est élevée. D'autres brevets de la demanderesse sur la détection de l'effleurement des outils sont les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 4 428 055 et 4 554 495, ainsi que la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N 645 203. La demande de

brevet n 86 09173 est un perfectionnement de la précédente.

La présente invention a pour objet une variante d'approche pour la détection acoustique de l'effleurement d'un outil, capable de donner de meilleures performances avec

les fraises.

L'invention a pour autre objet une logique de recon-

naissance de la signature de l'effleurement d'un outil, utilisant une autre technique pour éviter les fausses indications d'effleurements dues aux pointes de bruit, qui

fonctionne bien aux vitesses élevées de l'outil.

Le procédé et le dispositif pour la détection de l'effleurement initial d'une fraise en rotation et d'une pièce sont comme suit: on détecte les vibrations d'une fraiseuse et produit un signal de vibration alors que la fraise avance lentement vers la pièce et effleure légèrement celle-ci. Le signal brut est pré-traité dans un canal analogique pour limiter la sortie à une bande spécifique de fréquence inférieure à 100 kHz et préparer le signal pour échantillonnage et conversion analogique/numérique. Des échantillons de la forme d'onde analogique sont traités numériquement, simultanément par la logique de base de détection des effleurements d'outil qu'on vient de décrire

et une logique d'amélioration de la détection des effleure-

ments de fraise, et une indication sur l'effleurement de l'outil est produite lorsque l'une ou l'autre des logiques de reconnaissance d'effleurement est satisfaite. La logique de -4- fraisage comprend la détection d'un échantillon de signal dont l'amplitude est supérieure à un seuil réglé au-dessus des pointes de bruit continu, et l'entrée d'un mode de suspicion et l'établissement d'une fenêtre d'acceptation sur l'instant attendu du contact de la nouvelle fraise avec la pièce sur la base de la connaissance de la vitesse de rotation de l'outil et de l'espacement de la fraise. Une indication de l'effleurement se produit lors de la détection

d'un échantillon au-dessus du seuil dans la fenêtre d'accep-

tation, et la suspicion qui a été déclenchée par une pointe de bruit est négligée et la logique de fraisage remise à l'état initial lorsqu'aucun échantillon au-dessus du seuil

n'est détecté dans la fenêtre d'acceptation.

Une caractéristique de la logique d'effeurement de la fraise est que tous les échantillons des signaux sont vérifiés par rapport au seuil, non pas seulement ceux se trouvant dans la fenêtre d'acceptation. Une suspicion est rejetée et la logique remise à l'état initial lorsqu'un nombre préétabli d'échantillons situés au-dessus du seuil est compté dans l'intervalle précédant le commencement de la fenêtre d'acceptation; des pointes occasionnelles de bruit ne déclenchent pas un faux signal d'effleurement. Une autre caractéristique est qu'il y a de préférence une courte période vide suivant la détection de l'échantillon supérieur au seuil qui a provoqué l'entrée dans le mode de suspicion d'effleurement pendant lequel on ignore les échantillons se

trouvant au-dessus du seuil, d'o il résulte que l'effleure-

ment d'un outil de coupe est terminé avant qu'il y ait contrôle de l'effleurement concernant l'outil de coupe suivant. La logique de fraisage a un degré élevé d'immunité vis-à-vis des fausses alarmes pour bruit, mais dans les situations présentant un bruit dense de pointe, la majeure partie des détections de l'effleurement de l'outil sont

faites avec la logique de base des effleurements d'outil.

Le dispositif de détection des effleurements de fraise -5-

comporte le capteur de vibrations, typiquement un accéléro-

mètre à large bande et un pré-processeur analogique décrit dans les demandes en attente. La logique de détection des effleurements de fraise peut être utilisée seule dans certaines situations, par exemple avec une fraiseuse non bruyante. Ce dispositif de détection des effleurements est utile dans le processus d'usinage lors de l'étalonnage de la position de la fraise et de l'utilisation de l'outil directement pour le calibrage d'une pièce lors de coupes de dégrossissement et parfois lors de coupes de finition. Il est compatible avec les systèmes de détection des bris d'outils décrits dans les articles techniques publiés et autres

demandes de brevet en attente.

La description qui va suivre se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement: figure 1, un schéma sous forme de blocs du dispositif de détection de l'effleurement d'une fraise; figure 2, une vue simplifiée de côté d'une partie d'une fraiseuse représentant le capteur de vibrations; figure 3, une vue en bout d'une fraise; figure 4, la géométrie supposée d'un effleurement de

fraise; -

figures 5 et 6, des organigrammes de la logique de base pour la détection des effleurements d'outil et la logique complémentaire pour des applications au fraisage; figures 7 à 9 le fonctionnement de la logique et la détection de l'effleurement d'une fraise en l'absence de

bruit parasite de pointe, en présence de pointes occasion-

nelles de bruit, et en présence de bruit aux pointes denses, respectivement. figure 10, un graphique à l'échelle semi-logarithmique des profondeurs maximum calculées de pénétration de la fraise lors de la détection de l'effleurement de l'outil pour la logique de base des effleurements d'outil et la logique -6- d'amélioration de la détection des effleurements de la fraise. En liaison avec le dispositif complet de détection des effleurements d'une fraise de la figure 1, un capteur de vibrations 10 tel qu'un accéléromètre à large bande est monté sur la fraiseuse ou la pièce à un emplacement présentant un bon couplage avec les vibrations dues au contact entre outil et pièce. La sortie du capteur est limitée par un filtre passe-bande 11; le bruit basse fréquence de la machine inférieur à environ 30 kHz est filtré et les fréquences supérieures à 100 kHz sont ignorées car elles sont davantage atténuées et déformées en se propageant jusqu'à un capteur monté à distance. Un détecteur d'énergie de signal est prévu, qui comprend un redresseur biphasé 12 et un filtre passe-bas anti-ambiguité 13. A la sortie du canal de traitement des signaux analogiques, une forme d'onde analogique unipolaire est représentative de l'amplitude des vibrations dans la bande de fréquence choisie. La première partie du processeur numérique est un convertisseur analogique/numérique 14 qui échantillonne la forme d'onde analogique à, par exemple, 2 kHz. L'amplitude des échantillons est alors analysée en temps réel par le processeur numérique. Les échantillons de signal sont acheminés jusqu'à la logique de base 15 de détection des effleurements d'outil et jusqu'à la logique 16 d'amélioration

de la détection des effleurements de la fraise, qui fonc-

tionnent simultanément et en parallèle. L'une ou l'autre logique instaurée peut produire un signal d'effleurement détecté qui est transmis par un circuit OU 17 et se traduit par une indication d'effleurement d'outil ou signal de sortie 18 envoyé à la commande de la machine-outil pour arrêter

l'avance de l'outil et l'extraire de la coupe.

En figure 2 on a illustré une fraiseuse typique, avec un logement 19 de broche, un porte-outil 20, une fraise 21, un banc fixe 22, et une pièce 23. La fraise 21 est illustrée en figure 6 et comporte six dentures 24 espacées de la même distance. Les fraises comportent une à douze et plus dentures

de ce type espacées de la même distance, ou grains de coupe.

Un emplacement satisfaisant pour le montage de l'accéléro-

mètre 25 est sur le logement 19 de la broche, c'est-à-dire une partie fixe de la machine-outil.

La logique de base 15 pour la détection des effleure-

ments d'outil telle qu'elle est généralement mise en oeuvre, nécessite au moins trois millisecondes d'une valeur du signal de vibration augmentant en continu pour générer l'indication de l'effleurement de l'outil. Les performances de la logique de base des l'effleurements se détériorent rapidement avec l'augmentation de la vitesse de l'outil, et l'on peut voir, en figure 4, que la valeur du signal augmente seulement entre l'instant de l'effleurement initial de la fraise et le moment o la ligne radiale partant du centre de l'outil et traversant la fraise devient perpendiculaire à la surface de

la pièce. La raison de la pente positive de trois millise-

condes est d'éviter les alarmes ou indications fausses lors

des bruits de pointe qui fournissent une excitation impul-

sionnelle du canal du signal analogique. De tels bruits de

pointe sortent du canal analogique avec une forme caractéris-

tique dans laquelle la durée de la pente positive initiale est d'environ 1,5 à 2 millisecondes, ne satisfaisant donc pas

les conditions de détection des effleurements d'outil.

L'organigramme de la figure 5 illustre la logique de base 15 pour les effleurements d'outil avec davantage de détails. Dans cet exemple, on suppose que les échantillons de signal sont acquis à une cadence d'un échantillon toutes les

demi-millisecondes. La première étape 26 est que le compteur-

décompteur 1 est pré-réglé à 6. Aux étapes 27-31, l'amplitude de l'échantillon suivant est vérifiée par rapport à une amplitude de seuil, réglée au-dessus des pointes de bruit de fond continu et, si elle est supérieure au seuil, le second test consiste à voir si l'amplitude de l'échantillon est

également au-dessus de l'amplitude de l'échantillon précé-

- 8 - dent. Le compteur 1 est décrémenté si les deux tests sont réussis et le compteur n'est pas à zéro. Selon les étapes 32 et 33, les échantillons se trouvant au-dessous du seuil provoquent l'incrémentation du compteur 1 et son comptage pourvu qu'il ne soit pas à 6. L'échantillon suivant est

maintenant traité. Aux étapes 34 et 35, les échantillons au-

dessus du seuil, à pente négative, provoquent l'incrémenta-

tion du compteur à moins que celui-ci ne soit déjà à 6, et l'échantillon suivant est prélevé. Pour produire un signal d'effleurement détecté, il faut six échantillons au-dessus du seuil à pente positive, dépassant la somme des échantillons au-dessous du seuil et des échantillons au-dessus du seuil à pente négative. Une indication d'un effleurement d'outil est produite dans un temps minimum (3 millisecondes) par six

échantillons consécutifs au-dessus du seuil à pente positive.

Alors que la vitesse de la fraise augmente, les performances

de la logique de base 15 sont de moins en moins satisfai-

santes. La présente invention fournit une logique alternative de reconnaissance de la signature de l'effleurement de l'outil qui utilise une technique différente pour éviter les faux signaux d'effleurement lors des pointes de bruit, et fonctionne le mieux pour les hautes vitesses de l'outil. Une

fraiseuse typique comporte plusieurs fraises dans des posi-

tions fixes sur sa périphérie et procède aux coupes à une vitesse de rotation presque constante. Par conséquent, dès que la première fraise est en contact avec la pièce, on peut prévoir le minutage du premier contact de la fraise suivante, sauf à être décalée de sorte qu'elle n'entre pas en contact lors de cette révolution de l'outil. Toute pointe de signal se produisant à un instant entre les contacts attendus de la fraise peut être rejetée avec sûreté comme bruit parasite, dès qu'il y a eu identification du premier contact. Par conséquent, un schéma de détection des effleurements d'outil peut être basé sur une logique qui détecte un échantillon de -9- signal supérieur à une certaine amplitude du seuil, puis recherche un ou plusieurs échantillons ultérieurs de signal haut dans des fenêtres temporelles espacées de manière à scruter les zones o l'on attend des contacts supplémentaires de la fraise. Le problème soulevé par cette approche de base est le suivant: ce que la logique pense comme étant le contact initial de la fraise peut être lui- même une pointe d'un bruit parasite, auquel cas les contacts de la fraise

suivante se produiront à l'extérieur des fenêtres de re-

cherche et seront ignorés. Par conséquent, la logique de reconnaissance des effleurements d'outils doit utiliser l'information reçue entre l'instant du premier échantillon de signal au-dessus du seuil et la fenêtre dans la période

attendue du contact avec la fraise suivante.

La figure 6 est un organigramme de la logique 16 d'amélioration de la détection des effleurements de fraise, et les caractéristiques de cette logique supplémentaire seront examinées dans le cas d'opérations de fraisage. Tout d'abord, elle détecte tout échantillon de signal au-dessus du seuil établi ci-dessus supérieur aux pointes du bruit continu de fond. En second lieu, 'la logique passe au mode de

suspicion d'effleurement lorsqu'il y a détection d'un échan-

tillon au-dessus du seuil. En troisième lieu, la logique des effleurements de fraise établit une fenêtre temporelle d'acceptation sur l'instant attendu du contact de la fraise suivante avec la pièce, sur la base de la connaissance de la vitesse de rotation de l'outil et de l'espacement des dentures situées sur la périphérie de l'outil. En quatrième lieu, elle vérifie tous les échantillons de signal en fonction du seuil, et non pas seulement ceux se trouvant dans la fenêtre d'acceptation. En cinquième lieu, la logique supplémentaire produit un signal d'effleurement d'outil lors de la détection de l'absence d'échantillons de signal haut entre la fin d'une courte période vide suivant l'échantillon

qui a provoqué l'entrée dans le mode de suspicion d'effleu-

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rement et le commencement de la fenêtre d'acceptation, mais un échantillon de signal haut est détecté dans la fenêtre

d'acceptation. Pendant la période vide, laquelle est suffi-

samment longue pour que le contact initial de la première denture avec la pièce soit terminé, aucun échantillon

supérieur au seuil n'est ignoré. En sixième lieu, lorsqu'au-

cun échantillon de signal supérieur au seuil n'est détecté par la logique des effleurements de fraise dans la fenêtre d'acceptation, la suspicion d'effleurement est écartée et la

logique est remise à l'état initial pour rechercher l'échan-

tillon suivant de signal au-dessus du seuil, à la suite de quoi une nouvelle suspicion sera produite et vérifiée. En septième lieu, lorsqu'il y a détection d'un nombre supérieur à un nombre pré-établi N d'échantillons de signal au-dessus

du seuil dans l'intervalle séparant la suspicion d'effleure-

ment et la fenêtre d'acceptation, la suspicion est écartée et la logique immédiatement remise à l'état initial pour rechercher de nouvelles suspicions. En huitième lieu, la logique 16 des effleurements de fraise est mise en oeuvre en parallèle avec la logique de base 15 des effleurements d'outil sur la base d'une fonction OUi de sorte qu'une détection d'effleurement d'outil se produit lorsque l'une ou l'autre logique de reconnaissance des effleurements d'outil est satisfaite. La logique de fraisage a un degré d'immunité élevé vis-à-vis des fausses alarmes par bruit, mais les pointes de bruit dense peuvent l'empêcher de détecter le signal de vibration pour effleurement d'outil. Dans le cas d'un bruit dense, l'ensemble du dispositif aura tendance à

faire en sorte que la majeure partie des détections d'effleu-

rement d'outil s'effectue avec le canal logique de base des effleurements.

En figure 6, la première étape de la logique supplé-

mentaire pour des opérations de fraisage consiste à instaurer

à N échantillons le compteur/décompteur 2, o N est typique-

ment 2 ou 3, soit assez pour indiquer l'occurrence probable

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d'une pointe de bruit. Dans les étapes 37 et 38 l'échantillon suivant est traité et vérifié par rapport au seuil. S'il est inférieur au seuil, l'échantillon suivant est examiné, et s'il est supérieur au seuil (étape 39), une courte période vide de M échantillons est établie ainsi qu'une fenêtre temporelle d'acceptance sur l'instant attendu de l'occurrence de l'effleurement de la denture suivante. On a expliqué la raison de cette période vide, mais en variante, on peut l'éliminer et augmenter N. Pendant la période vide (étape 40), les échantillons détectés qui sont au- dessus du seuil sont ignorés, et à son issue, il est procédé à une vérification à l'étape 41 dans le but de déterminer si la fenêtre d'acceptation a commencé. Si tel est le cas, dans les étapes 42-44 l'échantillon suivant est accepté et vérifié en fonction du seuil. S'il est au-dessus du seuil, un signal d'effleurement détecté est produit; si l'échantillon suivant

est au-dessous du seuil, on détermine si la fenêtre d'accep-

tation est faite. Pendant la durée de la fenêtre d'accepta-

tion, il y a répétition des étapes 42-44; à l'issue de la fenêtre d'acceptation, la logique revient au départ (étape 37). Aucun effleurement de fraise ne s'est produit, et la logique est remise à l'état initial pour rechercher la

suspicion suivante à l'étape 38.

Lorsqu'il y a détection d'un échantillon supérieur au seuil dans l'intervalle séparant la fin de la période vide et le commencement de la fenêtre d'acceptation, la logique, à l'étape 41, se branche sur les étapes 45-50. L'échantillon suivant est accepté et testé en fonction du seuil et cela se répète jusqu'à ce qu'on trouve un échantillon au-dessus du seuil. A ce point, le compteur 2 est décrémenté et il y a vérification du compteur pour voir s'il est à zéro; si cela n'est pas le cas, il y a répétition des étapes 45-58. Lorsque le compteur 2 est zéro, la suspicion est écartée, et, aux étapes 49 et 50, le compteur 2 est remis à N et la fenêtre d'acceptation est invalidée. La logique d'amélioration de la 12 détection des effleurements de fraise est recyclée en passant par les étapes 37-41, etc. Les figures 7 à 9 représentent le fonctionnement de la logique complète de détection des effleurements de fraise, logique de base 15 plus logique 16 de détection pour fraisage, en l'absence de pointe de bruit, avec des pointes occasionnelles de bruit, et en présence d'un bruit dense de pointe, respectivement. En figure 7, le mode de suspicion est entré lors de la détection du premier échantillon au-dessus du seuil pendant l'effleurement de la première denture, et

une période vide supérieure à la durée anticipée de l'effleu-

rement est établie au cours de laquelle les échantillons au-

dessus du seuil sont ignorés. La fenêtre d'acceptation sur l'instant attendu de l'effleurement de la seconde denture est également établie. Il n'y a aucun bruit de pointe et aucun échantillon supérieur au seuil qui soit détecté entre la période vide et la fenêtre d'acceptation. La détection du premier échantillon au-dessus du seuil alors que la seconde denture est en contact léger par frottement avec la pièce se

traduit par l'indication 18 de l'effleurement d'outil.

La figure 8 montre que la logique 16 d'effleurements de fraise est effective pour rejeter une pointe de bruit et signaler rapidement un effleurement valable de fraise avant que la pièce ne soit abimée. Pour cette situation, la logique 16 est bien meilleure que la logique de base 15 et se traduit par un endommagement moindre des pièces à la plupart des vitesses d'outil. Même dans le pire des cas o une pointe de bruit déclenche la logique de fraisage et ouvre une fenêtre au-delà de la première pointe d'effleurement de la denture, le retard de détection doublera seulement la pénétration de la pièce illustrée en figure 10, ce qui suppose que la première pointe d'effleurement de la denture d'outil ouvre une fenêtre et que la seconde déclenche une indication d'effleurement. Pour les situations décrites en figures 7 et

8, la logique 16 seule suffit.

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En figure 8, la détection du premier échantillon de signal au-dessus du seuil au commencement d'une pointe de

bruit provoque l'entrée dans un mode de suspicion d'effleu-

rement et l'établissement d'une courte période vide et d'une fenêtre d'acceptation. Aucun échantillon supérieur au seuil n'est trouvé dans la fenêtre d'acceptation; par conséquent, la suspicion d'effleurement est écartée et la logique de fraisage est remise à l'état initial par l'étape 44 en figure 6. A la pointe de l'effleurement de la denture d'outil suivante, la logique entre de nouveau dans le mode de suspicion d'effleurement, établit une période vide au cours de laquelle les échantillons au-dessus du seuil sont ignorés, et établit une fenêtre d'acceptation. La détection d'un échantillon au-dessus du seuil dans la fenêtre d'acceptation se traduit par la production d'une indication d'effleurement

d'outil par la logique de fraisage.

Dans le cas d'un bruit dense en pointe, l'utilisateur doit essayer de trouver la source de bruit et la fixer. Si cela ne peut se faire, tant la logique de base 15 que la logique de fraisage 16 sont utilisées et l'une ou l'autre peut produire en premier lieu un signal d'effleurement

d'outil. La figure 9 décrit le cas o la détection d'effleu-

rement s'effectue par la logique de base. La première pointe de bruit a un échantillon au-dessus du seuil qui établit la suspicion d'effleurement. La logique établit une période vide et une fenêtre d'acceptation, mais la suspicion est écartée par le bruit ne se trouvant pas dans la fenêtre d'acceptation et la logique de fraisage est remise à l'état initial et recyclée. Une autre suspicion est déclenchée par la pointe suivante de bruit mais elle est aussi écartée, etc. Lorsqu'il se produit un léger effleurement de la denture d'outil, insuffisamment profond pour satisfaire les conditions de la logique de base, il peut être écarté par une pointe de bruit

se produisant avant le commencement de la fenêtre d'accepta-

tion. Les déclenchements dus à la pointe de bruit peuvent

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être si fréquents que le système passe la majeure partie de son temps dans la période vide entre les pointes de déclenchement et les fenêtres d'acceptation, augmentant la probabilité d'un raté du bruit du contact de la denture se produisant pendant une période vide. Un effleurement plus profond de denture, qui produit six échantillons de signal à pente positive au-dessus du seuil, se traduit par la détection de l'outil par la logique de base 15 et une indication de l'effleurement de l'outil est envoyé au

contrôleur de la machine-outil.

La figure 10 représente des courbes des profondeurs calculées de la pénétration maximum de la fraise à l'instant de la satisfaction logique de la détection des effleurements d'outil tant pour la logique de base 15 de détection des effleurements d'outil que pour la nouvelle logique 16

d'amélioration de la détection des effleurements de fraise.

Les performances de la logique de base de détection des effleurements sont illustrées en fonction du nombre de tours/minute de l'outil pour trois rayons de l'outil. Les performances de la logique d'amélioration de la détection des effleurements de fraise sont illustrées en fonction du nombre de tours/minute de l'outil pour quatre nombres de dentures sur l'outil. La logique de fraisage décrite ici présente un grand avantage pour la majeure partie des vitesses de l'outil. Aux vitesses très faibles de l'outil (au-dessous de tours/minute), o un avantage ressort pour la logique de base, certaines installations peuvent ne pas recevoir des niveaux convenables du signal de vibration pour effleurement d'outil, et l'avantage indiqué pour la logique de base peut disparaître, On a déjà indiqué les utilisations principales de l'information sur les effleurements de fraise dans un processus d'usinage et l'on se reporteraau brevet n 4 554 495. Une autre consiste à trouver l'emplacement approximatif de la surface d'une pièce rugueuse avant la première coupe,

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de façon que le programme de la pièce ne provoque pas un trajet de l'outil o il y a génération de "coupes dans l'air" par suite de l'incertitude sur l'endroit o se trouve la surface de la pièce. Le capteur, le canal de signaux analogiques, et le problème du rejet des pointes de bruit comme fausses indications d'un effleurement font l'objet d'une autre explication dans la demande de brevet français n

12627 qu'on incorpore ici à titre de référence.

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Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour détecter acoustiquement le contact initial entre une pièce (23) et une fraise tournante (21) comportant une ou plusieurs dentures (24), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: détecter les vibrations (10) et produire un signal de vibration alors que la fraise avance lentement vers la pièce et procède à un léger contact par frottement; pré-traiter (13,14) le signal dans un canal analogique pour limiter la forme d'onde de sortie à une bande spécifique de fréquence et préparer le signal pour son échantillonnage et sa conversion analogique/anumérique; traiter numériquement des échantillons de signal de la forme d'onde analogique de sortie simultanément par une logique de base de détection d'effleurements d'outil (15) et une logique d'amélioration de la détection des effleurements de fraise (16); la logique de base de détection des effleurements d'outil comprenant le contrôle de l'amplitude de chaque échantillon par rapport à un seuil établi au-dessus de pointes d'un bruit de fond continu, et la production (18) d'une indication d'effleurement d'outil lors de la détection d'un nombre prédéterminé d'échantillons-de signal au-dessus du seuil à pente positive;

la logique d'amélioration de la détection des effleure-

ments de fraise comprenant l'entrée dans un mode de suspicion d'effleurement lors de la détection d'un échantillon de signal au-dessus du seuil et l'établissement d'un fenêtre temporelle d'acceptation sur l'instant attendu du contact entre la denture suivante et la pièce, et la production d'une indication d'effleurement d'outil lors de la détection d'un échantillon de signal au-dessus du seuil dans la fenêtre d'acceptation.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce

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qu'il comprend en outre l'étape d'écartement de la suspicion d'effleurement lors du comptage d'un nombre pré-établi d'échantillons de signal au-dessus du seuil dans l'intervalle

précédent le commencement de la fenêtre d'acceptation.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape de fourniture d'une période vide après la détection de l'échantillon au-dessus du seuil

qui a provoqué l'entrée dans le mode de suspicion d'effleure-

ment, et l'étape d'écartement de la suspicion d'effleurement lors du comptage d'un nombre pré-établi d'échantillons de signal au-dessus du seuil dans l'intervalle séparant la fin de la période vide et le commencement de la fenêtre d'acceptation.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que tous les échantillons de signal après entrée dans le mode de suspicion d'effleurement sont contr8lés par rapport au seuil.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la logique de base de la détection des effleurements d'outil et la logique d'amélioration de la détection des effleurements de fraise rejettent toutes deux, au titre de

fausses alarmes, les pointes de bruit parasite dont l'ampli-

tude est supérieure au seuil et qui, s'agissant de la seconde

logique, se produisent à l'extérieur de la fenêtre d'accep-

tation.

6. Procédé pour détecter acoustiquement le contact entre une pièce et une fraise en rotation comportant une ou plusieurs dentures, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: détecter les vibrations de la fraiseuse alors que la fraise avance lentement vers la pièce et procède à un léger contact par frottement, et produire un signal de vibration; prétraiter le signal pour filtrer le bruit basse fréquence de la machine et détecter l'énergie du signal, et

produire une forme d'onde analogique unipolaire représenta-

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tive de l'amplitude des vibrations dans une bande de

fréquence inférieure à 100 kHz.

échantillonner la forme d'onde analogique et transfor-

mer les échantillons en valeurs numériques; et traiter numériquement les échantillons simultanément par une logique de base de détection des effleurements d'outil et une logique d'amélioration de la détection des effleurements de fraise, l'une et l'autre de ces logiques produisant une indication sur l'effleurement de l'outil; la logique de base de détection des effleurements d'outil comprenant le contrôle de l'amplitude de chaque échantillon par rapport à un seuil établi au-dessus des pointes du bruit continu de fond, et produisant l'indication sur l'effleurement de l'outil lors de la détection d'un nombre pré-établi d'échantillons au-dessus du seuil à pente positive dépassant celui des échantillons au-dessous du seuil et des échantillons au-dessus du seuil de pente négative; la logique de détection des effleurements de fraise comprenant l'entrée dans un mode de suspicion d'effleurement lors de la détection d'un échantillon au-dessus du seuil et l'établissement d'une fenêtre temporelle d'acceptation sur l'instant attendu du contact entre la denture suivante et la pièce, l'écartement de la suspicion d'effleurement et la remise à l'état initial de la logique de détection des

effleurements de fraise lorsqu'un nombre pré-établi d'échan-

tillons au-dessus du seuil est détecté dans l'intervalle précédant le commencement de la fenêtre d'acceptation ou lorsqu'aucun échantillon audessus du seuil n'est détecté

dans la fenêtre d'acceptation, et la production de l'indica-

tion de l'effleurement de l'outil lors de la détection d'un

échantillon au-dessus du seuil dans la fenêtre d'acceptation.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la logique de détection des effleurements de fraise comprend en outre l'établissement d'une courte période vide suivant la détection de l'échantillon qui a provoqué l'entrée

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dans le mode de suspicion d'effleurement au cours de laquelle

les échantillons au-dessus du seuil sont ignores.

8. Dispositif pour détecter l'effleurement initial entre une pièce (23) et une fraise tournante (21) comportant une ou plusieurs dentures (24), caractérisé en ce qu'il comprend: un capteur de vibrations (10) devant être monté sur une fraiseuse avec un bon couplage de manière à détecter les vibrations provoquées par le contact entre l'outil et la pièce et produire un signal; un pré-processeur analogique (13) qui filtre et prépare le signal de vibration pour analyse numérique et comprend un signal de sortie unipolaire dans une bande choisie de fréquence; un processeur numérique (14) comportant un moyen pour

échantillonner la sortie analogique et convertir les échan-

tillons en forme numérique; et une logique de détection des effleurements de fraise (16) ayant une bonne immunité contre les pointes de bruit parasite et comprenant un premier moyen pour détecter des échantillons de signal dont l'amplitude dépasse un seuil établi au-dessus des pointes du bruit contigu de fond, un second moyen pour entrer un mode de suspicion d'effleurement lors de la détection d'un échantillon au-dessus du seuil et pour établir une fenêtre d'acceptation sur l'instant attendu du contact entre la denture suivante et la pièce, un troisième moyen pour écarter la suspicion d'effleurement et

remettre la logique à l'état initial lorsqu'un nombre pré-

établi d'échantillons au-dessus du seuil sont détectés dans

l'intervalle précédant le commencement de la fenêtre d'accep-

tation, et un quatrième moyen pour produire un signal d'effleurement d'outil lors de la détection d'un échantillon au-dessus du seuil dans la fenêtre d'acceptation et pour écarter la suspicion d'effleurement et remettre la logique à l'état initial si aucun échantillon au-dessus du seuil n'est

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détecté dans la fenêtre d'acceptation;

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le second moyen comprend en outre un moyen pour établir une courte période vide à la suite de la détection de l'échantillon au-dessus du seuil qui provoque l'entrée dans le mode de suspicion d'effleurement, période au cours de laquelle tout échantillon au-dessus du seuil est ignoré,

cette période étant suffisamment longue pour qu'un effleure-

ment initial d'une denture déclenchant la suspicion d'effleu-

rement soit terminée.

10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le troisième moyen comprend un compteur et en ce que le nombre pré-établi des échantillons au-dessus du seuil ainsi comptés soit suffisant pour écarter une pointe de bruit parasite se produisant entre la fin de la période vide et le

commencement de la fenêtre d'acceptation.

11. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en

ce qu'il comprend une logique de base de détection d'effleu-

rements d'outil fonctionnant en parallèle avec la logique de détection des effleurements de fraise citée en premier, qui comprend un moyen pour produire le signal d'effleurement

d'outil lors de la détection d'un nombre pré-établi d'échan-

tillons au-dessus du seuil à pente positive dépassant des

échantillons au-dessous du seuil plus des échantillons au-

dessus du seuil à pente négative, o le nombre pré-établi est suffisant pour éviter les signaux de faux effleurement lors

de pointes de bruit parasite.

12. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le capteur de vibrations est un accéléromètre et la bande choisie de fréquence est comprise entre 30 kHz et 100 kHz.