FR2952196A1

FR2952196A1 - Procede de controle d'un outil par vision a l'aide d'une camera telecentrique

Info

Publication number: FR2952196A1
Application number: FR0957806A
Authority: FR
Inventors: Jak Alminana
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2011-05-06
Anticipated expiration: 2029-11-04
Also published as: FR2952196B1

Abstract

Procédé de contrôle dans l'enceinte d'une machine-outil, de la présence d'un outil adéquat, ayant les caractéristiques prévues, et des caractéristiques dudit outil de coupe pour l'usinage d'une pièce. Il comporte les étapes de déplacement dudit outil vers une position prédéterminée pour la réalisation dudit contrôle, de mesure d'une grandeur dimensionnelle caractéristique de l'état dudit outil, et de calcul, à l'aide de ladite mesure, de l'écart du positionnement de l'outil par rapport à un positionnement de référence, de façon à en déduire les corrections de positionnement à appliquer à la pièce et/ou à l'outil avant l'opération d'usinage, caractérisé en ce que ladite étape de mesure dimensionnelle comprend au moins une étape de saisie, à l'aide d'un moyen de vision (6), d'une image numérique de l'outil, suivie d'une étape de traitement de l'image numérique obtenue.

Description

1 Le domaine de la présente invention est celui de l'usinage et plus particulièrement celui du contrôle des outils d'usinage, avant, pendant et après leur utilisation.

Les machines-outils d'usinage de pièces, et plus particulièrement celles à commande numérique, nécessitent des contrôles de leur outil de coupe dans l'enceinte de la machine, par opposition aux contrôles ex situ destinés au relevé des cotes dudit outil, pour s'assurer périodiquement qu'il est en bon état et qu'il est correctement positionné sur son porte-outil. Dans le cas d'une machine-outil à commande numérique (MOCN) il est très important de vérifier le bon positionnement de l'outil par rapport à la pièce à usiner, faute de quoi l'usinage ne sera pas réalisé précisément à l'emplacement voulu. Des méthodes traditionnelles comme le palpage mécanique ou le contrôle laser ont été développées. Dans le premier cas, l'outil et son porte-outil sont amenés à un endroit prédéfini pour le contrôle et un palpeur vient en contact avec l'arête de coupe pour mesurer sa position dans une direction donnée. Dans le cas du contrôle par laser, on vérifie également des caractéristiques dimensionnelles discrètes par la rupture du faisceau lorsqu'un élément vient se placer en face de lui. A partir de cette mesure de la position de l'arête de coupe, il est possible de vérifier le positionnement de l'outil et, dans le cas d'une MOCN, de corriger celui-ci en décalant l'outil ou la pièce à usiner d'une distance correspondant à l'écart mesuré. Étant donné la petitesse des outils de coupe, ces méthodes ne permettent toutefois de vérifier que quelques points, et, principalement, de connaître le recul de l'arête de coupe ; elles ne donnent aucune information sur l'état de l'outil de coupe, ni si une erreur dans son montage sur le porte-outil a été commise. On n'obtient pas non plus d'information sur d'éventuelles dégradations de l'outil de coupe (formation d'entailles, ébrèchement, microfissures ...). Elles sont donc essentiellement utilisées pour connaître le niveau de positionnement ou d'usure de l'arête de coupe de l'outil. Le contrôle par laser présente, en outre, l'inconvénient d'être sensible aux diverses pollutions présentes dans l'environnement de la machine, comme des gouttelettes d'huile ou des micro-copeaux qui se 2 seraient déposés sur l'outil de coupe ou dans l'enceinte où se trouve le laser ; ces impuretés en venant couper le faisceau de façon intempestive faussent les mesures dimensionnelles effectuées. 40 Il y a donc un besoin pour connaître l'état d'un outil de coupe qui ne se limite pas à la connaissance du positionnement de son arête de coupe et pour la mise au point d'une méthode de contrôle qui permette de s'affranchir de la présence d'impuretés dans l'environnement de l'outil. La présente invention a pour but de remédier à ces 45 inconvénients en proposant une méthode de contrôle d'un outil de machine d'usinage qui ne présente pas au moins certains des inconvénients de l'art antérieur et, en particulier, qui permette de réaliser plusieurs types de contrôles sur un outil de coupe. Elle propose également un dispositif pour la mise en oeuvre de cette méthode. 50 A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de contrôle d'un outil de coupe monté sur une machine-outil pour l'usinage d'une pièce, comportant les étapes de déplacement dudit outil vers une position prédéterminée pour la réalisation dudit contrôle, de mesure d'une 55 grandeur dimensionnelle caractéristique de l'état dudit outil, et de calcul, à l'aide de ladite mesure, de l'écart du positionnement de l'outil par rapport à un positionnement de référence, de façon à en déduire les corrections de positionnement à appliquer à la pièce et/ou à l'outil avant l'opération d'usinage, caractérisé en ce que ladite étape de mesure 60 dimensionnelle comprend au moins une étape de saisie, à l'aide d'un moyen de vision, d'une image numérique de l'outil, suivie d'une étape d'extraction d'au moins une caractéristique dimensionnelle de l'outil par un traitement de l'image numérique obtenue. L'analyse de l'image numérique permet d'effectuer de 65 nombreux contrôles, portant tant sur les dimensions que sur la forme de l'outil, qui n'étaient pas accessibles avec les moyens de l'art antérieur. Préférentiellement le traitement d'image comprend une étape d'identification d'au moins un des contours de l'outil. Ce traitement permet de vérifier le positionnement d'une arête de coupe et non pas 70 seulement la position d'un point de cette arête de coupe. Encore plus préférentiellement le traitement d'image comprend une étape d'identification d'au moins une portion courbe dans la forme extérieure de l'outil. On peut ainsi vérifier la forme de certaines arêtes de coupe et notamment le rayon de courbure de ces arêtes. 75 Dans un mode particulier de réalisation le traitement d'image comprend une étape d'élimination des impuretés apparaissant sur l'image. Avantageusement le procédé comprend en outre une étape de comparaison de la forme du contour obtenue par le traitement d'image 80 avec celle fournie par un modèle de la géométrie de l'outil, de façon à permettre la détection d'éventuelles anomalies dans la géométrie réelle de l'outil. Cette comparaison permet une vérification automatique du type d'outil qui a été monté et permet de détecter une erreur de montage, qui 85 n'aurait pas pu être détectée visuellement compte tenu de la faible taille des outils de coupe. Dans un mode particulier de réalisation le procédé comporte en outre une étape de calcul du potentiel restant à l'outil de coupe à l'instant du contrôle. Cette étape permet d'éviter de prendre le risque d'une 90 rupture de l'outil lors de l'usinage d'une pièce couteuse. Elle permet également d'utiliser les outils de coupe au maximum de leur potentiel. Avantageusement l'étape de saisie est précédée par une étape de nettoyage de l'outil. De façon préférentielle le nettoyage est effectué par un jet d'air 95 comprimé. Dans un mode particulier de réalisation le positionnement de l'outil par rapport à son positionnement de référence est modifié en fonction de la mesure dimensionnelle effectuée sur l'outil. L'invention porte également sur un module de contrôle 100 automatique d'un outil comportant la mise en oeuvre d'un procédé tel que décrit ci-dessus et sur une machine-outil dont le programme de commande comporte un tel module. L'invention porte encore sur un dispositif de contrôle d'un outil de coupe monté sur une machine-outil pour l'usinage d'une pièce et 105 positionné en regard dudit dispositif, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moyen de saisie d'une image numérique de l'outil pour la mise en oeuvre d'un procédé tel que décrit ci-dessus. 4 Avantageusement le moyen de saisie est une caméra à objectif télécentrique. 110 L'invention porte enfin sur une machine-outil comportant un dispositif de contrôle tel que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de 115 réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue de face d'un outil de coupe monté sur un porte-outil d'une MOCN, tel que défini dans la gamme de fabrication 120 d'une pièce, en vue d'une opération d'usinage particulière ; - la figure 2 est une vue de face d'un outil de coupe tel qu'il est réellement monté sur son porte-outil, après sa mise en place par l'opérateur ; - la figure 3 est une vue schématique d'un équipement 125 permettant le contrôle d'un outil de coupe, selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une image d'un objet obtenue à l'aide d'un équipement selon la figure 3.

130 En se référant à la figure 1, on voit un porte-outil 1 destiné à être montée sur une machine d'usinage, du type tour, préférentiellement à commande numérique. Ce porte-outil porte classiquement un outil de coupe 2 en forme de plaquette, fixée sur la broche 1 à l'aide d'un moyen de serrage tel qu'une vis 5. Cet outil de coupe comporte deux arêtes de 135 coupe 21 et 22 situées de part et d'autre de l'axe de la broche 1. Sur la figure 1 sont également représentés des points 4 pour la mesure de la position dans l'espace des arêtes de coupe 21 et 22 de l'outil 2. Compte tenu des faibles dimensions d'une plaquette de coupe les points 4 sont relativement proches les uns des autres et leur différents positionnements 140 ne pourraient pas être valablement mesurés par des moyens classiques comme le palpage. Sur la figure 2 on voit de même une broche 1 portant un outil de coupe 3 différent de celui 2 préconisé par la gamme d'usinage, du fait, par exemple, d'une erreur de montage de l'opérateur ou bien d'une usure 145 anormale de l'outil. La position dans l'espace des points situés sur les arêtes correspondantes 31 et 32 de l'outil de coupe 3 ne correspond pas, dans ce cas, à la position des points de mesure objectifs 4. La figure 3 représente une caméra 6, à objectif télécentrique, c'est-à-dire qui permette d'obtenir des images sans erreur de perspective. 150 Des objets 7 en forme de cylindres positionnés parallèlement les uns aux autres sont placés dans l'axe de la caméra 6, au sein de sa zone télécentrique 8. Avec une telle caméra les images reçues sur son capteur CCD sont issues de rayons lumineux parallèles entre eux. Les dimensions des objets 7 sont ainsi proportionnelles à celles de leurs 155 images formées sur le capteur, avec le même rapport pour tous les points de l'image. Il est donc possible d'effectuer des mesures dimensionnelles précises sur ces objets à l'aide de l'image enregistrée par la caméra 6 et, par exemple, de connaître en détail la géométrie d'un outil de coupe d'une machine d'usinage. La précision de la mesure pour les objets dans 160 la zone télécentrique 8 est de l'ordre du micron, donc très bonne et parfaitement adaptée à une utilisation sur une MOCN. La figure 3 montre également une zone non-télécentrique 9, dans laquelle la constance de la proportionnalité des dimensions entre l'objet et son image sur le capteur CCD n'est plus respectée. 165 La figure 4 montre la vue des objets cylindriques 7 tels qu'ils apparaissent sur l'écran de la caméra 6. Comme ils sont placés dans la zone télécentrique 8 ils apparaissent en vue de face sans effet de perspective et les cylindres se présentent sous la forme de simples disques. 170 Le déroulement du contrôle d'un outil de coupe 2 par le procédé objet de l'invention se présente de la façon suivante, postérieurement à une opération de nettoyage de l'outil à l'aide d'un jet d'air comprimé : Une caméra à objectif télécentrique est positionnée en face de 175 la position dans laquelle est amené un outil de coupe pour un contrôle avant son utilisation. Cette caméra est reliée à un programme, classique, de traitement d'image, du type vision industrielle, qui est capable de faire de la reconnaissance d'objets et d'identifier des formes pré-décrites, et ainsi de reconnaître les formes géométriques présentes dans l'image. Ce 180 programme peut ainsi, par exemple, extraire les contours d'un outil ou détecter la présence d'éléments anormaux dans l'image obtenue. L'outil 2 et sa broche 3 sont amenés par le porte-outil, dans le cas d'une MOCN, en face de la caméra 6 qui enregistre une image numérique d'une vue selon une direction prédéfinie. Plusieurs images 185 selon des directions différentes peuvent, bien entendu, être réalisées afin d'obtenir une représentation de l'outil dans les trois dimensions. Le programme de vision artificielle associé à la caméra 6 analyse chacune des vues et en extrait des caractéristiques dimensionnelles de l'outil. Les caractéristiques analysées peuvent être, 190 entre autres, la position d'une arête de coupe, dans le but de mesurer son recul par rapport à sa position à neuf, ou bien la forme extérieure de l'outil, avec, par exemple, la mesure de la valeur d'un rayon de courbure reliant deux arêtes. A partir de ces caractéristiques mesurées, un module informatique implanté dans le programme de commande de la MOCN, 195 compare les résultats obtenus pour ces caractéristiques dimensionnelles à des valeurs nominales définies par la gamme de contrôle associée à cet outil. Il en déduit aussi, en premier lieu, les corrections à apporter au positionnement de l'outil par la machine à commande numérique pour obtenir un usinage aux cotes souhaitées. 200 Mais il convient de remarquer que les mesures effectuées permettent une connaissance de l'outil beaucoup plus complète que les méthodes de l'art antérieur qui se limitaient à une simple mesure de positionnement d'une ou plusieurs arêtes de l'outil. L'analyse peut ainsi porter sur des parties courbes de l'outil 2, telles qu'un rayon, ou sur sa 205 forme générale. La connaissance de la forme extérieure de l'outil permet notamment, grâce au module informatique associé à la caméra selon l'invention, de vérifier que l'outil 2 placé sur la broche 1 est bien l'outil adapté au travail demandé. Dans le cas, illustré par la figure 2, où un 210 outil 3 inadapté a été monté par erreur par l'opérateur, le module détecte que la position des points mesurés sur l'arête 31 ne coïncide pas avec celle des points nominaux 4 tels qu'ils devraient être si un outil adapté 2 avait été installé. Une telle détection ne serait pas possible avec les moyens traditionnels qui ne mesureraient pas la position d'un nombre 215 suffisant de points le long de l'arête de coupe 31 pour constater un 7 décalage dans la forme de l'arête 31 par rapport à une arête nominale 21. Elle ne serait pas non plus possible visuellement, une fois le montage effectué, la taille des outils de coupe étant, comme indiqué plus haut, relativement petite. 220 La détection d'une anomalie de montage permet ainsi d'éviter le lancement d'un usinage avec un outil inapproprié et d'intervenir avant qu'une pièce couteuse soit endommagée. L'analyse effectuée sur l'image de l'outil porte également sur la détection de la présence d'éventuelle d'impuretés ou sur celle d'éventuels 225 défauts de l'outil (fissure, ébréchure, casse), par une détection de points anormaux figurant dans l'image. Avec cette technique, il est possible de vérifier l'ensemble de l'outil et de détecter des fissures, des ébréchures, une rupture ou tout autre défaut, qui étaient indécelables par palpage ou par rayon laser et également indétectables visuellement à cause de leurs 230 très faibles dimensions. Il est également possible, avec les techniques utilisées de traitement d'image par ordinateur, de détecter la présence d'impuretés telles que des copeaux collés sur l'outil, et de réaliser l'analyse de l'outil en les "effaçant" électroniquement. On élimine ainsi une cause supplémentaire de rebut inapproprié d'un outil. 235 Enfin la connaissance fine des dimensions de l'outil de coupe 2 permet de connaître le potentiel d'usinage qu'a encore un outil avant qu'il n'atteigne des valeurs dimensionnelles inacceptables et par exemple avant qu'il ne risque de subir une rupture en cours d'usinage. On peut donc au lancement d'une opération d'usinage définir un temps 240 d'utilisation maximum pour un outil, en fonction de l'état dans lequel il aborde l'usinage, et faire en sorte de le remplacer avant qu'il n'atteigne un degré d'usure qui mettrait en péril la pièce sur laquelle il travaille. Dans le cas où l'outil présente encore un potentiel d'usinage et ne présente pas de défaut, le programme de commande le déclare bon 245 pour la réalisation d'un usinage, au besoin en limitant son temps prévu d'utilisation, et fournit les corrections à apporter au positionnement de l'outil 2 pour qu'il attaque la pièce à usiner à l'endroit voulu. Le gain apporté par l'invention est double puisqu'on écarte les risques d'endommagement d'une pièce en cours d'usinage et qu'on peut utiliser 250 les outils de coupe jusqu'au maximum de leurs capacités d'endurance.

Bien que l'invention ait été décrite en relation avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons 255 si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle, dans l'enceinte d'une machine-outil, d'un outil de coupe pour l'usinage d'une pièce, comportant les étapes de déplacement dudit outil (2) vers une position prédéterminée pour la réalisation dudit contrôle, de mesure d'une grandeur dimensionnelle 265 caractéristique de l'état dudit outil (2), et de calcul, à l'aide de ladite mesure, de l'écart du positionnement de l'outil par rapport à un positionnement de référence, de façon à en déduire les corrections de positionnement à appliquer à la pièce et/ou à l'outil avant l'opération d'usinage, 270 caractérisé en ce que ladite étape de mesure dimensionnelle comprend au moins une étape de saisie, à l'aide d'un moyen de vision (6), d'une image numérique de l'outil (2), suivie d'une étape d'extraction d'au moins une caractéristique dimensionnelle de l'outil par un traitement de l'image numérique obtenue. 275
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le traitement d'image comprend une étape d'identification d'au moins une des lignes de contour de l'outil (2).
3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel le traitement d'image comprend une étape d'identification d'au moins une portion 280 courbe dans la forme extérieure de l'outil (2).
4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3 dans lequel le traitement d'image comprend une étape d'élimination des impuretés apparaissant sur l'image.
5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en 285 ce qu'il comprend en outre une étape de comparaison de la forme du contour obtenue par le traitement d'image avec celle fournie par un modèle de la géométrie de l'outil (2), de façon à permettre la détection d'éventuelles anomalies dans la géométrie réelle de l'outil.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en 290 ce qu'il comporte en outre une étape de calcul du potentiel restant à l'outil de coupe (2) à l'instant du contrôle.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel l'étape de saisie est précédée par une étape de nettoyage de l'outil.
8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel le nettoyage est 295 effectué par un jet d'air comprimé.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel le positionnement de l'outil par rapport à son positionnement de référence est modifié en fonction de la mesure dimensionnelle effectuée sur l'outil.
10. Module de contrôle automatique d'un outil caractérisé en 300 ce qu'il comporte la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 9.
11. Machine-outil dont le programme de commande comporte un module de contrôle selon la revendication 10.
12. Dispositif de contrôle d'un outil de coupe (2) monté sur 305 une machine-outil pour l'usinage d'une pièce et positionné en regard dudit dispositif, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moyen (6) de saisie d'une image numérique de l'outil (2) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 9.
13. Dispositif selon la revendication 12 dans lequel le moyen 310 de saisie (6) est une caméra à objectif télécentrique.
14. Machine-outil comportant un dispositif de contrôle selon l'une des revendications 12 ou 13.