FR2608766A1 - Systeme et procede de commande automatique du gain pour moniteur de machine-outil - Google Patents

Abstract

UN DETECTEUR ACOUSTIQUE DES BRIS D'OUTIL SURVEILLE LES VIBRATIONS PROVOQUEES PAR UNE OPERATION DE COUPE ET COMPORTE UN AMPLIFICATEUR ANALOGIQUE 12 POUR CONDITIONNER LE SIGNAL, PUIS RECHERCHE UN CHANGEMENT RAPIDE MAINTENU DU NIVEAU DU SIGNAL, REPRESENTATIF DU BRIS DE L'OUTIL DE COUPE. UN CIRCUIT DE COMMANDE AUTOMATIQUE DE GAIN 18 CONTROLE DYNAMIQUEMENT LE GAIN DE L'AMPLIFICATEUR ANALOGIQUE ET AJUSTE LE SIGNAL DU BRUIT DE COUPE SORTANT A UN NIVEAU MOYEN DESIRE LORS D'UNE COUPE ACTIVE TOUT EN PERMETTANT L'UTILISATION D'UN ALGORITHME DE BRIS. LE TAUX TEMPOREL AUQUEL LA COMMANDE AUTOMATIQUE DE GAIN CHANGE CELUI-CI EST CONSTANT ET INDEPENDANT DU GAIN; IL EST ETABLI DE FACON QU'UN CHANGEMENT DU GAIN DE 2:1, PAR EXEMPLE, PRENNE PLUS DE TEMPS QUE LA PERIODE DE CONFIRMATION D'UN BRIS D'OUTIL. L'AMPLIFICATEUR ANALOGIQUE COMPREND UN ATTENUATEUR VARIABLE 14 DONT LE GAIN EST ETABLI PAR LES SORTIES D'UN COMPTEUR PROGRESSIFREGRESSIF; CES SORTIES SONT RENVOYEES A UNE HORLOGE VARIABLE DONT LA FREQUENCE DEPEND DU GAIN A UN INSTANT DONNE. LES SORTIES DE L'HORLOGE COMMANDENT LE COMPTEUR ALORS QUE LE SIGNAL ANALOGIQUE DU BRUIT DE LA COUPE SE TROUVE DANS UNE FENETRE PRESELECTIONNEE. APPLICATION AUX MACHINES-OUTILS.

Description

La présente invention concerne un système et un procédé de détection

acoustique du bris d'un outil dans le but d'ajuster automatiquement le signal des vibrations de coupe pour le porter à une valeur moyenne désirée au cours d'une opération d'usinage, tout en détectant le bris par surveil-

lance du signal de coupe.

Un moniteur de machine-outil qui interprète les signaux des vibrations produites par l'action mutuelle entre un outil de coupe et une pièce, et sert de détecteur d'effleurement

d'outil et de bris d'outil, fait l'objet d'une description

dans plusieurs demandes de brevet au nom de la demanderesse, ainsi que dans des articles tels que "Automatic Tool Touch and Breakage Detection in Turning" (Détection automatique de l'effleurement et du bris d'un outil dans les opérations de tournage), S.R. Hayashi et al, ICMA, Hanovre, Allemagne Fédérale, Septembre 18-19, 1985. Le moniteur de machine-outil

est constitué d'un détecteur de vibrations tel qu'un accélé-

romètre, d'un canal analogique avec amplification et pré-

traitement du signal, d'un convertisseur analogique/numé-

rique, et d'un microprocesseur avec le matériel numérique associé. L'accéléromètre a typiquement une réponse à large

bande que le filtre passe-bande du canal analogique limite.

L'étage de gain maintient les signaux dans la gamme dynamique du système, et un détecteur d'énergie est prévu qui est -2- constitué -d'un redresseur biphasé et d'un filtre passe-bas

anti-formation d'ambiguités. Dans un préprocesseur analo-

gique, le signal de sortie de l'accéléromètre est conditionné pour donner un signal 0-10 volts, 500 Hz pour entrée dans le processeur numérique. Un algorithme analyse ce signal afin de déterminer s'il s'est produit un bris d'outil en recherchant un changement rapide maintenant du niveau d'un signal. Il est

souhaitable de -maintenir le nive moyen d'entrée conver-

tisseur analogique/numérique à une valeur d'environ un volt pour des considérations de gamme dynamique. Cela signifie que le gain de l'amplificateur analogique doit être réglé chaque fois qu'on s'attend à une variation du niveau à la suite d'un changement des opérations de coupe, par exemple de la profondeur de coupe ou de combinaisons différentes entre

pièce et outil.

Comme cela est expliqué dans le brevet du Royaume-'Jni n 2 176 606 A, la commande du gain du canal analogique est

constituée d'un convertisseur numérique/analogique de multi-

plication, employé en atténuateur variable dont le gain est ajusté par réglage de ses entrées binaires via un signal provenant du matériel numérique. On peut calculer le gain désiré dans le moniteur de machineoutil à partir des paramètres d'usinage transférés par le programme relatif aux pièces, et en variante, on programme le gain désiré comme constituant une partie de ce programme. Le changement du gain peut être effectué par le programmeur du programme sur les pièces par l'intermédiaire d'additions de programmation ou manuellement par des réglages des commutateurs; l'élimination de cette opération décharge le programmeur de la production d'un code supplémentaire. On a aussi à faire face au problème qu'un procédé de coupe ne produit pas nécessairement un niveau constant pour le signal. Le signal peut changer dans la totalité de la plage de 10 volts pendant un procédé, pour un réglage du gain qui produit une moyenne d'un volt pendant la majeure partie de l'opération. Il est souhaitable de -3- minimiser cette variation sans affecter les changements rapides soutenus du niveau qui sont l'indication d'un bris d'outil. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 514 797 est approprié et divulgue une commande automatique de gain (CAG)

pilotée par logiciel pour un détecteur d'outil de coupe usé.

T présente invention a pour objet une commande automa-

tique ae gain destinée à procéder à un contrôle dynamique du gain d'un canal analogique dans un moniteur de machine-outil de façon qu'il n'y ait pratiquement aucune altération du signal pré-traité de vibration pendant la durée qu'il faut à la logique de reconnaissance du profil du signal de bris

d'outil pour détecter un bris se produisant brutalement.

La présente invention a pour autre objet de conférer au système précédent une ou plusieurs des caractréristiques suivantes: maintenir le gain à une valeur pré-réglée jusqu'à ce qu'il y ait présence d'un signal de coupe; maintenir le signal moyen de coupe à une valeur sélectionnée pendant l'opération de coupe; éviter la remise du gain à l'état initial lors de certaines situations uniques au cours du procédé telles qu'une marche par inertie lorsque le signal tombe à zéro, tout en reconnaissant le niveau zéro de la fin de la coupe de sorte que le gain peut être réinitialisé, et minimiser l'action humaine pour le réglage du gain pré-établi et la fourniture d'une réponse adéquate afin de permettre l'établissement d'un gain pré-établi, pour une vaste gamme de

conditions de coupe.

La présente invention a pour autre objet la présence dans un système de détection de bris d'outil d'une bande morte autour de la valeur moyenne désirée pour la tension de

sortie du canal analogique afin de minimiser le pompage.

Le système perfectionné de détection du bris d'un outil comprend un détecteur de vibrations, un canal analogique pour conditionner le signal à une tension de sortie en courant continu de faible valeur dans une gamme limitée de fréquence - 4 - et qui comporte un atténuateur variable pour contrôler le gain, et un processeur numérique tel que celui venant d'être décrit. Un moyen de commande automatique de gain contrôle dynamiquement le gain de l'atténuateur variable et ajuste la tension de sortie analogique en courant continu à une valeur moyenne désignée de façon que le rythme auquel le gain change soit constant et indépendant du gain et qu'il n'y ait au-un changement important de la valeur c. signal pendant la période de confirmation dans le but de détecter un bris d'outil du type se traduisant par un changement rapide soutenu du bruit de la coupe. L'atténuateur variable peut être un convertisseur numérique/analogique de multiplication et le circuit de commande automatique du gain comporte un compteur progressif/régressif dont les sorties établissent le gain du convertisseur et sont également appliquées à une horloge variable pour produire des impulsions d'horloge destinées au compteur à une vitesse variable qui est fonction du gain à un instant quelconque. La sortie de l'horloge commande le compteur jusqu'à ce que la valeur du signal de sortie du canal analogique se trouve dans une fenêtre entourant la valeur moyenne désirée ou lorsque le compteur

atteint un comptage maximum ou minimum.

D'autres caractéristiques du circuit de commande auto-

matique du gain sont un moyen de détection de niveau qui produit un signal de comptage progessif ou régressif lorsque la tension analogique de sortie qui est détectée se trouve à des niveaux pré-sélectionnés au- dessous ou au-dessus du niveau moyen désiré; l'un de ces signaux est présenté au compteur pour déterminer s'il procède à une incrémentation ou à une décrémentation. Des moyens d'inhibition sont prévus afin d'inhiber l'horloge variable si la tension détectée se trouve dans la fenêtre entre niveaux pré-sélectionnés. Le détecteur de niveau vérifie en outre une tension de seuil et, s'il est en-dessous de celle-ci, envoie un signal à une minuterie et, à l'issue d'un laps de temps donné, permet à un -5moyen de pré-initialiser le compteur pour obtenir le gain pré-établi. Ce seuil maintient le gain au niveau pré-établi entre coupes. La tension de seuil est supérieure au niveau du bruit de fond de la machine-outil, et la durée d'expiration avant pré-établissement du gain est suffisamment longue pour que le compteur ne soit pas pré-initialisé lors d'opérations

normales de coupe produisant des signaux de coupe intermit-

ents nuls ou au-dessous du seuil. Le ge i pré-établi peut avoir une valeur constante ou varier d'une coupe à l'autre en fonction des conditions de coupe et réduire la nécessité de

faire appel à une action de commande automatique du gain.

Un autre aspect de la présente invention concerne un procédé de détection du bris d'un outil de coupe, comprenant la production d'un signal de vibrations et son pré-traitement dans un amplificateur analogique et un canal de traitement de

signal afin d'obtenir un signal de bruit analogique de coupe.

Ce dernier est analysé pour détecter une signature acoustique de bris d'outil caractérisée par un changement rapide et important du signal de coupe qui se maintient pendant une période de confirmation, d'une durée typique d'environ une seconde. Le gain de l'amplificateur analogique est commandé de manière à ajuster le signal analogique de coupe à un niveau désigné à l'intérieur d'une fenêtre et de façon que le taux de changement du gain soit sensiblement constant et qu'un rapport pré-sélectionné de la variation du gain, par exemple 2:1, prenne plus de temps, en pouvant être plusieurs

fois plus long, que la période de confirmation.

La suite de la description se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement: figure 1, un schéma sous forme de blocs d'un moniteur de machine-outil pour détecter des outils de coupe brisés, qui comporte une commande automatique de gain dans le canal analogique de traitement du signal; figure 2, une signature acoustique du bris d'un outil, une chute rapide, importante, soutenue du niveau du signal -6 traité de vibrations; figure 3, un signal de vibrations provenant d'une coupe intermittente d'une surface brute, qui ne déclenche pas l'alarme pour bris d'outil; figure 4, l'action de la commande automatique de gain en fonction du niveau du signal d'entrée; figure 5, un schéma sous forme de blocs de la commande

numérique automatique du gain et d'un amplifi -teur analogi-

que; figure 6, un schéma simplifié du circuit de détection de niveau; figure 7, l'horloge variable commandée par les sorties

du compteur progressif/régressif qui commande le convertis-

seur numérique/analogique de multiplication; figure 8, sur une échelle log-log, le gain en fonction de la période de comptage des horloges produites; figure 9, une technique pour contrôler le pré-réglage

du compteur à partir de la section numérique du processeur.

En liaison avec la figure 1, le moniteur de machine-

outil comprend un détecteur de vibrations tel qu'un accélé-

romètre 10 qui est monté sur la machine, à un endroit présentant un bon couplage avec les vibrations générées par l'action mutuelle entre l'outil de coupe et la pièce. La sortie d'un accéléromètre est un signal analogique alternatif de faible niveau avec un contenu en fréquences compris approximativement entre 0 et 70 kHz, et une amplitude qui varie avec l'intensité des vibrations provoquées par le processus de coupe. Un potentiomètre d'entrée 11 adapte la

plage dynamique des circuits électroniques à l'accéléromètre.

Un canal analogique 12 de traitement du signal conditionne ce signal à une faible tension en courant continu dans une gamme de fréquence limitée et le prépare pour une conversion analogique/numérique. Un amplificateur analogique comporte une section 13 à gain fixe, un atténuateur variable tel qu'un convertisseur numérique/analogique de multiplication 14, et -7une section 15 à gain fixe. Le filtrage de la bande passante et la détection de "l'enveloppe" ou détection d'énergie sont exécutés en 16. Un bruit d'usinage de basse fréquence,

inférieure à 30 kHz, est filtré et le moniteur de la machine-

outil n'utilise pas des fréquences supérieures à 100 kHz car elles sont fortement atténuées sauf si le détecteur est proche du porte-outil. Le détecteur d'énergie est constitué

d'un redresseur biphasé et d'un filtre anti-forma on d'ambi-

gultés de 500 Hz ou moins. Le signal analogique de sortie concernant le bruit de la coupe est présenté à un tampon 17 et est typiquement un signal à largeur de bande en courant

continu-500 Hz, de 0 à 10 volts.

Pour des considérations de gamme dynamique, il est souhaitable de maintenir la tension moyenne de la sortie du canal analogique à 1 volt environ pour les raisons déjà indiquées; le circuit 18 de commande automatique de gain

procède à cela tout en permettant d'utiliser sans modifica-

tion l'algorithme présent des bris d'outil. Le gain de l'atténuateur variable 14 est ajusté par le circuit CAG d'une manière telle que le taux de changement du gain est fonction

du gain à tout instant donné.

La première partie du processeur numérique 19 est un convertisseur analogique/numérique 20 qui échantillonne et numérise la forme d'onde de sortie du canal analogique. La logique 21 de reconnaissance du profil numérique produit une alarm 22 pour bris d'outil chaque fois qu'elle détecte une signature acoustique de bris d'outil qui est caractéristique

d'un bris d'outil important devant vraisemblablement provo-

quer l'endommagement de l'outil ou de la pièce ou nécessiter une nouvelle coupe. La signature des vibrations dans le cas d'un type de bris important d'outil se produisant brutalement fait l'objet de la figure 2. La valeur du signal courant moyen pour un nombre donné d'échantillons du signal de bruit de coupe est calculée, et un changement rapide, important, soutenu de la valeur moyenne du signal, soit une augmentation -8-

soit une diminution, qui persiste pendant une durée supé-

rieure à une période de confirmation établie est représenta-

tif d'un bris d'outil. Un signal de coupe courante normale que cette logique de détection de bris ignore est illustré en figure 3, signal de fonctionnement par inertie qui est produit au commencement d'une coupe lors d'une opération de coupe d'une surface brute, lorsqu'il y a alternativement une coupe de métal et une coupe dans l'air. Il y a un c1 igement rapide et important de la valeur du signal, mais la durée du signal de niveau haut est inférieure à une révolution de la pièce et ne se maintient pas assez longtemps pour satisfaire

le test de confirmation.

L'action du circuit CAG 18, en fonction de la valeur du signal d'entrée à la sortie du canal analogique est illustrée en figure 4. Les tensions indiquée à gauche de la figure auxquelles diverses actions sont prises concernent une application du moniteur de machine-outil et peuvent être différentes pour une autre application. Les ordres du comptage régressif et du comptage progressif représentés par des lettres à droite de la figure 4 concernent le compteur 23 de la figure 5 et ont la signification suivante: A: commencement du comptage régressif si tension supérieure à cette valeur; B: arrêt du décomptage; C : arrêt du comptage progressif; D: commencement du comptage progessif si la tension est inférieure à cette valeur; E: libération

F: commencement du temps d'expiration pour le gain pré-

établi. Le comptage régressif a pour effet de diminuer le gain de l'amplificateur analogique et le comptage progressif de l'augmenter. La tension de seuil de 0,15 V pour libérer la commande automatique du gain est supérieure au niveau du bruit de fond de la machine-outil. Une valeur du signal analogique de coupe comprise entre 0,15 et 0,7 V est inférieure à la valeur moyenne désirée de 1 V et la CAG augmentera le gain. Le comptage progressif se produira dans cette gamme et s'arrêtera à 1 V. Une valeur du signal - 9 - comprise entre 1,75 V et 10 V provoque la diminution du gain par la commande CAG; le comptage regressif commence à des valeurs supérieures à 1,75 V et s'arrête à 1,25 V. Il y a une bande morte, ou fenêtre, entre 0,7 et 1,75 V o aucune action n'est prise par la CAG. Les deux bandes d'hystérésis sont 0,7 V - 1 V et 1,75 V - 1,25 V. L'hystérésis à 0,15 V et 0,1 V contrôle à la fermeture la CAG et les valeurs préétablies du signal pour le temps d'expiration. La valeur de libérati i de 0,15 V pour la CAG agit sur les signaux montants, comme par exemple au commencement d'une coupe. La valeur de maintien de 0,1 V pour la CAG est activée par les signaux descendants comme par exemple à la fin d'une coupe. Si le signal tombe au-dessous de la valeur de 0,1 V, la commande CAG est inhibée

et s'il se maintient au-dessous pendant une durée pré-

établie, supérieure à une période de fonctionnement par inertie, le gain est automatiquement ramené à la valeur

initiale correspondant à son réglage du début.

La figure 5 est un schéma sous forme de blocs d'un

circuit 18 de commande automatique de gain et de l'amplifica-

teur analogique du moniteur de machine-outil de la figure 1.

Le dispositif 15' représente à la fois les fonctions de gain

fixe et de redresement. Le gain du convertisseur numérique/a-

nalogique de multiplication, programmable numériquement, est ajusté en initialisant ses entrées binaires via des signaux

provenant des sorties en parallèle d'un compteur progressif/-

dégressif 23, déterminant le gain du canal analogique de l'amplificateur. Le convertisseur 14 peut produire un facteur de gain relatif entre 1 et 1023, en conformité avec les signaux de commande numérique qu'il reçoit en provenance du compteur 23. La section CAG 18 est constituée d'un filtre passe-bas d'entrée 24 et d'un circuit 25 de détection de niveau; d'une horloge variable 26 pour produire des impulsions d'horloge à une fréquence dépendant des sorties du compteur et du gain courant de l'amplificateur analogique, et de circuits 27 et 28 d'inhibition d'horloge et d'inhibition de

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comptage; d'un détecteur 29 de comptage maximum/minium; d'un

compteur progressif/dégressif 23 pré-réglable; d'une minu-

terie de seuil 30; d'une logique 31 de pré-réglage de gain

pour le compteur. Le signal de sortie en courant continu -

500 Hz du canal analogique de l'amplificateur est appliqué à la section CAG par l'intermédiaire du filtre passe-bas 24 de Hz qui fournit la moyenne initiale des signaux. Ce signal est alors appliqué au détecteur de niveau 25 qui fournit

signaux de commande: comptage progressif, comptage regres-

sif, et seuil. Le signal de seuil est utilisé pour couper l'action CAG lorsque le signal est inférieur à un niveau sélectionné. Si le signal est inférieur au seuil pendant un certain temps, d'environ 1 s., établi par la minuterie de

seuil 30, un signal appliqué à l'entrée de validation pré-

initialisée du compteur 23 permet à la logique 31 de charger le compteur 23 à un comptage donné et amène le gain du convertisseur 14 à une valeur pré-établie. On peut choisir un gain pré-établi de 50, par exemple. Le délai imposé par la

minuterie 30 est supérieur à la durée de la partie située au-

dessous du seuil ou niveau zéro (entre les flèches de la figure 3) d'un signal de fonctionnement par inertie. D'autre part un niveau zéro de fin de coupe est reconnu, de sorte que

le gain peut être réinitialisé.

En figure 6, on a représenté plus en détail le circuit 25 de détection de niveau. Un diviseur 32 de tension à résistances fournit trois tensions de référence, à savoir 1,75 V; 0,7 V et 0,15 V. Celles-ci sont appliquées aux entrées d'inversion, de non-inversion, et d'inversion de

trois comparateurs 33, 34 et 35, qui ont tous des caractéris-

tiques d'hystérésis. Le signal de sortie filtré du canal

analogique est présenté à l'autre entrée de chaque compara-

teur. Le premier produit un signal de comptage regressif si le niveau du signal analogique de coupe est supérieur à 1,75 V, et le second un signal de comptage progressif lorsque la tension est inférieure à 0,7 V. Le troisième dispositif 35

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compare le signal analogique de coupe à la tension de seuil de 0,15 V et sort un signal au-dessus du seuil s'il est plus élevé. Les signaux de comptage regressif et de comptage progressif sont présentés à un circuit OU 36 qui a une sortie vraie si l'un ou l'autre est présent. L'un est une entrée à un circuit NON-ET 37, l'autre étant le signal au-dessus du seuil. L'horloge variable 26 est inhibée si le niveau du signal d'entrée au circuit CAG est au-dessous du seuil; l'horloge variable est validée s'il y a un signal au-dessus du seuil et un signal soit de comptage progressif soit de comptage regressif. L'horloge variable est également inhibée lorsqu'il y a un signal au-dessus du seuil mais ni signal de comptage progressif ni signal de comptage régressif car le signal d'entrée se trouve dans la fenêtre allant de 0,7 V à 1,75 V. Le signal de comptage progressif est appliqué à l'entrée de progression/régression du compteur 23 pour établir le sens du comptage lorsqu'il y a réception d'une

horloge de comptage.

L'horloge variable 26 est essentielle pour permettre à

l'algorithme de bris brutal d'outil du moniteur de machine-

outil de fonctionner sans modification par rapport à sa

réalisation d'origine. On trouvera davantage de renseigne-

ments sur ce dernier dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 4 636 780 et 4 636 779, dont on incorpore ici les divulgations à titre de références. S'il y a détection d'un changement rapide de la valeur instantanée du signal par rapport à la moyenne courante qui satisfasse des critères sélectionnables, à savoir généralement une diminution de 50 pourcent ou une augmentation du double, la valeur est alors contrôlée pour vérifier si le changement se maintient pendant une période de confirmation pouvant être déterminée, allant généralement jusqu'à 0,625 s. Dans ce cas, une alarme pour bris est émise. Il est par conséquent impératif que la réponse CAG ne modifie pas sensiblement la valeur du signal pendant cette période de confirmation de façon que le présent

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algorithme puisse encore être utilisé pour la reconnaissance des bris. Si on utilisait une horloge à fréquence constante pour commander le compteur 23, le taux de changement du gain varierait avec celui-ci, car une période d'horloge est égale à un comptage. Par conséquent, un gain de faible valeur détermine la fréquence de l'horloge pour satisfaire un critère de changement du niveau de 50 pourcent, c'est-à-dire qu'un changement du gain entre 1 et 2 ou vice versa ne doit pas se produire en moins de 0,625 s. Cela sera ainsi la période d'horloge. Cependant, à un gain élevé, ce taux de changement rend l'action CAG très lente - le même rapport de changement du gain pour un gain de 512 signifierait un comptage regressif jusqu'à 256, en un temps de 160 s. (256 comptages x 0, 625 seconde/,comptage), beaucoup trop lent pour être utile. Ce problème est contourné en faisant en sorte que le circuit CAG change le gain à un taux sensiblement constant, de façon qu'un changement de 2/1 du gain de 512 à 256 prenne le même temps qu'un changement de 24 à 12. Le taux temporel auquel le circuit CAG change le gain est constant et indépendant du gain; il est établi de façon qu'un changement du gain de 2/1 soit plus long que la période de confirmation

pour un bris d'outil.

En liaison avec la figure 7, cela est accompli en utilisant un oscillateur à pondération binaire. Seules sept des sorties du compteur en binaire sont utilisées et les trois bits de poids faible ne le sont pas. La sortie de l'horloge variable change à des étapes discrètes de 16

comptages. Les sorties binaires du compteur progressif/re-

gressif 23 sont connectées par l'intermédiaire de diodes d'isolement 38 pour l'attaque des résistances de rythme d'un

oscillateur astable utilisant une minuterie appropriée 39.

Sept résistances de rythme 40 sont placées respectivement en parallèle et chacune est en série avec une résistance 41 et un condensateur de rythme 42. La fréquence de l'oscillateur

est déterminée par le condensateur et la somme des résis-

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tances de rythme et de la résistance 41. La résistance 41 établit la période de l'impulsion 43 de l'horloge de sortie à une petite fraction du cycle de rythme de sorte qu'elle n'affecte pas le rythme. Le circuit d'inhibition 27 assure que le premier comptage correspond toujours à un cycle

complet en maintenant le condensateur 42 à l'état déchargé.

Le signal de l'horloge d'inhibition rend conducteur un transistor (non représenté) qui décharge le condensateur. Les impulsions 43 sont inversées en 44 et appliquées à l'entrée de l'horloge de comptage du compteur progressif/régressif 23 sauf à être inhibées par le circuit 28 d'inhibition de comptage. La sortie de l'horloge, dont la fréquence dépend des sorties du compteur, attaque le compteur jusqu'à ce que le niveau du signal à la sortie du canal analogique se trouve dans la fenêtre désirée ou que le compteur atteigne une sortie maximum ou minimum. Lorsque cela se produit, l'horloge

est inhibée.

Une horloge variable comprend les composants suivants: les résistances 40, de gauche à droite, qui ont comme valeurs 1,5 Mr!, 680 KO, 470 Kil, 240 KO, 130 KQ, 62 KO et 32 KD, et la résistance 41 d'une valeur de 510 ohms et le condensateur 42 d'une capacité de 0,47 m f. la largeur de l'impulsion d'horloge est 166 ps. Le temps calculé du cycle à "16" est 228 ms, à "512" est 11,24 ms, et à "256" est 20,2 ms. La figure 8 représente la relation entre la période de comptage, t, en millisecondes et le gain (1 à 1023); les 7 points calculés 45 sont représentés et la pente de la courbe est approximativement -1. Cette courbe donne le temps moyen pour obtenir un changement de 2:1 du gain, par exemple de 500 à 250 ou de 200 à 100, soit approximativement 3,6 s, temps plusieurs fois plus long que la période de confirmation de 0,625 s, mais suffisamment court pour avoir une action CAG effective. La commande CAG est maintenue pendant une durée plus longue que la période de confirmation de l'algorithme de bris et il y a peu d'effet sur la signature du bris d'outil

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avec changement rapide soutenu du niveau du signal. Par un choix approprié du condensateur, on peut établir le temps à

la valeur désirée.

La figure 9 illustre la commande du gain pré-établi par le moniteur de la machine-outil et ce gain peut être modifié à distance pour initialiser le gain de départ en fonction des conditions de coupe attendues de la même manière que dans le moniteur actuellement utilisé; on verra à ce sujet la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n 744 083. Le gain préétabli est réglé par le même procédé: une donnée sérielle 46 est appliquée à un convertisseur série/parallèle 47 qui entre 14 entrées prallèles dans le convertisseur

numérique/analogique de multiplication. Le compteur progres-

sif/régressif 23 est placé entre ces puces et un multivibra-

teur monostable 48 est ajouté pour permettre le pré-réglage du compteur avant l'entrée de la donnée. A l'issue de la fin d'une coupe, la donnée réinitialisée 46 provenant du moniteur de machine-outil qui spécifie la valeur pré-établie du gain pour la coupe suivante est appliquée à un convertisseur sériel/parallèle 47 et de là au compteur progressif/régressif 23. Le premier bit de la donnée réinitialisée déclenche le circuit monostable 48 et l'impulsion 49 présentée à l'entrée de validation du compteur 23 est plus longue que le train des données réinitialisées. L'opérateur peut régler le gain pour la valeur qu'il souhaite et d'après son expérience d'une coupe donnée peut faire une estimation du gain moyen pour cette coupe, par exemple 75 ou 150. Lecircuit CAG prend le relais; les changements du gain par l'action CAG sont réduits

car le gain pré-établi varie d'une coupe à l'autre.

En conclusion, le procédé de détection d'un bris d'outil qui se traduit par un changement brutal et important des conditions de la coupe consiste en ce que le signal brut du capteur est pré-traité dans un canal analogique constitué d'un amplificateur analogique pour donner un signal de coupe en courant continu et ce dernier est traité numériquement

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afin de détecter un changement rapide soutenu du niveau moyen du signal qui persiste pendant une période de confirmation donnée. Le circuit de commande automatique de gain ajuste le niveau du signal analogique de coupe à une valeur désignée à l'intérieur d'une fenêtre et de façon à avoir un rapport donné du changement de gain dans un temps pratiquement constant, supérieur, et cela de plusieurs fois, à la période de confirmation de la détection d'un cas de bris d'outil important.

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Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Système de détection de bris d'outil comportant un capteur de vibrations (10) qui produit un signal dont l'amplitude varie avec l'intensité de la vibration provoquée par un procédé de coupe, un canal analogique (12) pour conditionner le signal du capteur à une tension de sortie en courant continu dans une gamme de fréquence limitée et qui comporte un atténuateur variable (14) pour commander le gain, un moyen pour échantillonner et numériser la tension de sortie, et un moyen pour détecter un changement rapide du niveau du signal qui est maintenu pendant une période de confirmation donnée et est représentatif d'un bris de l'outil de coupe, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen de commande automatique de gain (18) afin de commander dynamiquement le gain de l'atténuateur variable et ajuster la tension de sortie en courant continu à un niveau moyen désigné de façon que le taux temporel auquel le gain change soit constant et indépendant du gain et qu'il n'y ait aucun changement important du niveau du signal pendant la

période de confirmation pour la détection d'un bris d'outil.

2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commande automatique de gain comprend un compteur (23) dont les sorties déterminent le gain de l'atténuateur variable et qui sont également appliquées à une horloge variable (26) pour produire des impulsions d'horloge pour le compteur à un taux variable qui est fonction du gain

à un instant donné.

3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'horloge variable est constituée d'un oscillateur à pondération binaire connecté par l'intermédiaire d'un moyen d'isolement aux sorties du compteur, et d'une minuterie (39)

qui produit les impulsions d'horloge.

4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen (27) pour inhiber l'horloge

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variable lors du passage du compteur au-dessus et au-dessous

de comptages maximum et minimum pédéterminés.

5. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le compteur est un compteur progressif/régressif, et comprend un moyen (25) pour détecter le niveau de la tension de sortie en courant continu et déterminer si le compteur procède à un comptage progressif ou regressif et si l'horloge

variable doit être inhibée.

6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de détection de niveau produit des signaux de comptage progressif et de comptage regressif lorsque la tension détectée se trouve respectivement à des niveaux présélectionnés au-dessous et au-dessus du niveau moyen désiré, et l'un des signaux cités en dernier est présenté au compteur pour valider le comptage progressif ou le comptage J regressif.

7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen pour inhiber l'horloge variable lorsque la tension détectée se trouve dans une

fenêtre entre les niveaux présélectionnés.

8. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de détection de niveau vérifie une tension de seuil et, si le niveau détecté est inférieur, fournit un

signal de seuil à une minuterie et, après un temps prédé-

terminé, valide un moyen pour prérégler le compteur afin

d'obtenir un gain pré-établi sélectionné.

9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que la tension de seuil est au-dessus du niveau du bruit de fond d'une machine-outil sur laquelle l'outil de coupe est monté, et le temps prédéterminé est suffisamment long pour que le compteur ne soit pas préréglé pendant des opérations normales de coupe telles qu'un fonctionnement par inertie qui

produisent une tension intermittente au-dessous du seuil.

10. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen pour prérégler le gain initialise une valeur du

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gain qui dépend des conditions de coupe et varie d'une coupe

à l'autre.

11. Procédé pour la détection de brIS d'un outil de coupe sur une machineoutil en surveillant les vibrations à l'interface entre outil et pièce, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - produire un signal de vibrations qui est prétraité

dans un canal analogique constitué d'un amplificateur analo-

gique et qui produit un signal analogique unidirectionnel de bruit de coupe; - traiter numériquement le signal de coupe afin de détecter une signature acoustique du bris de l'outil d'un type donnant un changement rapide et important dans le niveau

du signal qui se maintient pendant une période de confirma-

tion donnée; et - commander automatiquement le gain de l'amplificateur analogique afin d'ajuster le signal analogique de coupe à un niveau donné pour le signal à l'intérieur d'une fenêtre et de façon que le taux temporel du changement du gain soit sensiblement constant et qu'un rapport présélectionné du changement du gain prenne plus de temps que la période de

confirmation pour la détection d'un bris d'outil.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le gain de l'amplificateur analogique est renvoyé à un circuit de commande automatique de gain et le taux du changement du gain est fonction du gain à un instant quelconque.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le gain est augmenté lors de la détection d'un signal analogique de bruit de coupe d'outil supérieur à une tension de seuil et inférieur à la fenêtre, et diminué lors de la

détection d'un signal de coupe supérieur à la fenêtre.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la tension de seuil est supérieure aux niveaux du

bruit de fond de la machine-outil, et par l'étape supplémen-

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taire consistant à prérégler le gain à une valeur affectée s'il y a détection d'une tension inférieure au seuil pendant

une durée dépassant une certain retard.