FR3106770A1 - Systeme d’estimation indirecte de l’état d’usure d’un outil coupant - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé et un système d’estimation de l’état d’usure d’un outil coupant monté sur une machine d’usinage, ledit système (1) comportant :- un module d’acquisition (11) configuré pour acquérir au moins un signal opératoire propre audit outil coupant (3) lors d’au moins une interaction d’introduction ou d’extraction entre l’outil coupant (3) et le matériau (9) à usiner, et- un microprocesseur (13) configuré pour générer à partir dudit au moins un signal opératoire une signature d’usure (Sk) de l’outil coupant (3) et pour déterminer l’état d’usure dudit outil coupant en fonction de ladite signature. Fig. 1
Description
La présente invention se rapporte au domaine de l’estimation de l’état d’usure d’un outil coupant pendant l’usinage.
Etat de la technique antérieure
Dans l’industrie et en particulier dans l’industrie aéronautique, on utilise des machines d’usinage spécialisées (aléseuses-perceuses, fraiseuses) à commande numérique permettant d'usiner des formes complexes et très précises. Le processus d'usinage comprend l’application d’un motif de coupe ou d’usinage à un matériau tel que le titane. La coupe des matériaux endommage lentement l'outil coupant dont l’état d’usure doit être contrôlé afin que l’usinage soit toujours réalisé avec la plus grande précision.
De manière générale, l’estimation de l’état d’usure d’un outil coupant est réalisée par des moyens directs en utilisant des outils de mesures optiques comme par exemple, des loupes binoculaires. Les mesures réalisées en utilisant ce genre d’outils sont répétables et présentent une précision acceptable mais sont très fastidieuses et nécessitent de regarder visuellement le bord des lames pour mesurer la longueur et la profondeur de l’usure. Cela prend beaucoup de temps et retarde le processus de production global. En effet, ce genre de mesures ont l’inconvénient d’avoir lieu hors du procédé d’usinage et nécessitent par conséquent, un temps d’arrêt non négligeable de fabrication.
Il existe des moyens de mesures indirectes consistant à réaliser une estimation d’un niveau d’usure d’un outil coupant en fonction d’un décompte du temps d’usinage à partir d’une durée de vie fixée à l’avance de l’outil coupant. Toutefois, cette estimation est imprécise compte tenu du fait que l’évolution de l’usure est un phénomène variable qui dépend de beaucoup de facteurs. Par ailleurs, la durée de vie définie en amont de l’usinage est spécifiée selon un critère conservatif qui mène à un gaspillage d’outils coupants. Étant donné que les outils coupants peuvent coûter très cher, leur utilisation partielle présente une perte d'argent considérable.
L’objet de la présente invention est par conséquent de proposer un système ou un procédé indirect automatisant l’estimation de l’état d’usure d’un outil coupant pendant l’usinage et présentant une très grande précision par rapport à l’état de l’art, évitant ainsi le gaspillage d’outils coupants tout en ne nécessitant aucun temps d’arrêt de l’usinage.
Présentation de l’invention
La présente invention concerne un système d’estimation de l’état d’usure d’un outil coupant monté sur une machine d’usinage, ledit système comportant:
- un module d’acquisition configuré pour acquérir au moins un signal opératoire propre audit outil coupant lors d’au moins une interaction d’introduction ou d’extraction entre l’outil coupant et le matériau à usiner, et
- un microprocesseur configuré pourgénérer à partir dudit au moins un signal opératoire, une signature d’usure de l’outil coupant et pour déterminer l’état d’usure de l’outil coupant en fonction de ladite signature.
- un module d’acquisition configuré pour acquérir au moins un signal opératoire propre audit outil coupant lors d’au moins une interaction d’introduction ou d’extraction entre l’outil coupant et le matériau à usiner, et
- un microprocesseur configuré pourgénérer à partir dudit au moins un signal opératoire, une signature d’usure de l’outil coupant et pour déterminer l’état d’usure de l’outil coupant en fonction de ladite signature.
Ce système permet une estimation très précise (avec une erreur de l’ordre de 1%), rapide, répétable et en temps réel du niveau de l’usure d’un outil coupant pendant l’usinage. Ainsi, ce système ne nécessite aucun arrêt de l’usinage et permet d’éviter le gaspillage d’outils coupants.
Selon un premier mode de réalisation, le module d’acquisition est configuré pour acquérir un signal opératoire de sortie lors de l’extraction de l’outil coupant dudit matériau.
Ceci permet de savoir si l’outil est toujours valable pour faire un autre usinage.
Selon un deuxième mode de réalisation, le module d’acquisition est configuré pour acquérir un signal opératoire d’entrée lors de l’introduction de l’outil coupant dans le matériau et un signal opératoire de sortie lors de l’extraction (i.e. du retrait) de l’outil coupant dudit matériau.
L’acquisition à la fois des signaux opératoires d’entrée et de sortie permet de connaître un niveau d’usure par pièce usinée.
Avantageusement, le signal opératoire propre à l’outil coupant monté sur la machine d’usinage est un signal sélectionné parmi les signaux suivants: puissance du courant électrique circulant dans la machine d’usinage, couple, intensité de courant électrique circulant dans la machine, et vibration.
Certains de ces signaux (puissance, intensité de courant) sont en général déjà disponibles au niveau de la machine d’usinage et ainsi il n’est pas nécessaire d’installer de nouveaux capteurs: il suffit de se connecter à la machine. Le signal de vibration donne une indication précise de l’usure de l’outil coupant mais nécessite éventuellement l’installation d’un capteur de vibrations au niveau de la broche de la machine d’usinage.
Avantageusement, ladite signature d’usure est définie pas un écart-type glissant dudit au moins un signal opératoire.
Les écarts-types du signal au moment de l'introduction ou de l'extraction de l'outil constituent un indicateur pertinent de l’usure de l’outil coupant. En effet, l’écart-type glissant, pendant cette période, augmente en fonction de l’augmentation de l’usure.
Avantageusement, le microprocesseur est configuré pour déterminer l’état d’usure de l’outil coupant d’intérêt en utilisant un modèle d’usure prédéterminé modélisant l’état d’usure d’un outil coupant du même type que l’outil coupant en opération en fonction des valeurs de l’écart-type glissant.
Selon un mode de réalisation, lors d’une phase d’apprentissage, le module d’acquisition est configuré pour:
- détecter le début et/ou la fin de chaque séquence d’usinage d’apprentissage parmi une succession de séquences,
- acquérir un ensemble de valeurs du signal opératoire propre à l’outil coupant lors du début et/ou la fin de chaque séquence d’usinage d’apprentissage,
- acquérir un ensemble de mesures réelles de l’usure au cours de la succession de séquences en réalisant chaque mesure d’usure réelle après un nombre déterminé de séquences d’usinage d’apprentissage, et
le microprocesseur est configuré pour:
- calculer un écart-type glissant par séquence d’usinage à partir des valeurs du signal opératoire acquises pendant ladite séquence d’usinage d’apprentissage formant ainsi un ensemble de signatures,
- construire ledit modèle d’usure en appliquant une technique de régression configurée pour calibrer ledit ensemble de signatures sur ledit ensemble de mesures réelles de l’usure, et
- valider ledit modèle d’usure lorsque la différence entre les mesures réelles d’usure et les valeurs d’usure estimées par le modèle d’usure ne dépasse pas un seuil prédéterminé.
- calculer un écart-type glissant par séquence d’usinage à partir des valeurs du signal opératoire acquises pendant ladite séquence d’usinage d’apprentissage formant ainsi un ensemble de signatures,
- construire ledit modèle d’usure en appliquant une technique de régression configurée pour calibrer ledit ensemble de signatures sur ledit ensemble de mesures réelles de l’usure, et
- valider ledit modèle d’usure lorsque la différence entre les mesures réelles d’usure et les valeurs d’usure estimées par le modèle d’usure ne dépasse pas un seuil prédéterminé.
Ainsi, le système permet de construire de manière simple et précise un modèle d’usure pouvant estimer le niveau d’usure en accord avec l’usure réelle de l’outil coupant.
Avantageusement, la succession de séquences d’usinage d’apprentissage débute avec un outil coupant neuf et se termine lorsque ledit outil coupant est complétement usé.
Ceci permet de calibrer les différents niveaux d’usure de l’outil coupant.
L’invention vise également une machine d’usinage comportant le système d’estimation de l’état d’usure d’un outil coupant selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes.
L’invention vise aussi un procédé d’estimation de l’état d’usure d’un outil coupant monté sur une machine d’usinage, ledit procédé comportant les étapes suivantes:
- acquérir au moins un signal opératoire propre audit outil coupant lors d’au moins une interaction d’introduction ou d’extraction entre l’outil coupant et le matériau à usiner,
- générer à partir dudit au moins un signal opératoire une signature d’usure de l’outil coupant, et
- déterminer l’état d’usure de l’outil coupant en fonction de ladite signature.
- acquérir au moins un signal opératoire propre audit outil coupant lors d’au moins une interaction d’introduction ou d’extraction entre l’outil coupant et le matériau à usiner,
- générer à partir dudit au moins un signal opératoire une signature d’usure de l’outil coupant, et
- déterminer l’état d’usure de l’outil coupant en fonction de ladite signature.
Brève description des figures
D'autres particularités et avantages du dispositif et du procédé selon l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
Le principe de l’invention consiste à estimer l’état d’usure d’un outil coupant lors du processus d’usinage en interprétant un signal pertinent issu de la machine d’usinage uniquement à au moins une action distinctive de l’usinage.
La Fig. 1 illustre de manière schématique un système d’estimation 1 de l’état d’usure d’un outil coupant 3, selon un mode de réalisation de l’invention.
L’outil coupant 3 est monté sur une broche 5 de la machine d’usinage 7 à commande numérique permettant d'usiner des formes programmées sur une pièce 9 à usiner. En général, la machine d’usinage 7 est équipée d’un magasin dans lequel sont disposés différents outils coupants (fotets, fraises, alésoirs, etc.). Ainsi, le terme ‘outil coupant’ désigne n’importe quel type d’outil coupant pouvant être monté sur la machine d’usinage 7.
Conformément à l’invention, le système d’estimation 1 comporte un module d’acquisition 11, un microprocesseur 13, une unité de stockage 15, une interface d’entrée 17 (par exemple, un clavier) et une interface de sortie 19 (par exemple un écran). Avantageusement tous ces éléments matériels du système d’estimation 1 sont déjà intégrés dans un dispositif de commande 20 de la machine d’usinage 7.
Le module d’acquisition 11 est configuré pour acquérir au moins un signal opératoire propre à l’outil coupant (monté sur la machine d’usinage) lors d’au moins une interaction pertinente entre l’outil coupant et le matériau à usiner. L’interaction pertinente consiste en l’introduction de l’outil coupant dans le matériau à usiner et/ou l’extraction de l’outil coupant du matériau de la pièce à usiner.
Le signal opératoire propre à l’outil coupant 3 est un signal issu de la machine d’usinage 7 pendant l’introduction (ou le retrait) de l’outil coupant dans (ou depuis) la matière de la pièce à usiner.
Avantageusement, ce signal opératoire est un signal qui provient de capteurs 22 déjà présents au niveau de la broche 5 de la machine d’usinage 7. En particulier, le signal opératoire peut être un signal de puissance électrique de la broche 5 de la machine d’usinage 7, un signal de couple, ou un signal d’intensité de courant électrique circulant dans la machine d’usinage. En effet, plus l’outil coupant 3 est usé, plus la machine d’usinage 7 va forcer, entraînant ainsi une augmentation du couple, d’intensité de courant, de consommation électrique et de vibrations, etc.
D’autres types de signaux opératoires issus de la machine d’usinage 7 peuvent être utilisés comme par exemple, un signal de vibrations. Dans ce cas, un capteur de vibrations est installé au niveau de la broche 5 de la machine d’usinage 7 si cette dernière n’est pas déjà équipée d’un tel capteur.
Par ailleurs, le microprocesseur 13 est configuré pourtraiter les valeurs du signal opératoire propre à l’outil coupant 3 acquis depuis la machine d’usinage 7. Plus particulièrement, le microprocesseur 13 est configuré pour générer à partir des valeurs du signal opératoire une signature d’usure de l’outil coupant. En outre, le microprocesseur 13 est configuré pour déterminer l’état d’usure de l’outil coupant en fonction de la signature extraite des valeurs du signal opératoire. Avantageusement, la signature d’usure est déterminée en calculant un écart-type glissant du signal opératoire.
Plus particulièrement, le microprocesseur 13 est configuré pour déterminer l’état d’usure de l’outil coupant 3 d’intérêt en utilisant un modèle d’usure 21 prédéterminé modélisant l’état d’usure d’un outil coupant du même type que l’outil coupant 3 en opération en fonction de la signature (i.e. les valeurs de l’écart-type glissant).
On notera que le signal opératoire acquis lorsque l'outil coupant 3 entre ou sort du matériau de la pièce 9 à usiner est riche en informations utiles. En effet, dans ce cas, l'outil coupant 3 a plus de liberté de mouvement subissant moins de contraintes longitudinales par le matériau de la pièce 9. En outre, les mouvements d'entrée et de sortie sont toujours effectués de manière identique permettant ainsi au microprocesseur 13 de comparer les signatures de signaux avec une grande précision.
Le fait de ne pas considérer le signal complet pendant tout le processus d’usinage augmente largement la précision d’estimation tout en simplifiant le traitement numérique. En effet, le signal complet fluctue considérablement avec un niveau de bruit élevé pendant le processus de coupe entraînant par conséquent, une moins bonne estimation de l’usure. De plus, le traitement du signal complet implique une plus grande consommation de temps de calcul et de stockage de données.
La Fig. 2 est un organigramme illustrant de manière schématique la réalisation du modèle d’usure lors d’une phase d’apprentissage, selon un mode de réalisation de l’invention.
L’organigramme décrit les étapes d’apprentissage réalisées pendant des opérations d’usinage d’un outil coupant 3 d’intérêt pour la construction d’un modèle d’usinage 21 relatif à cet outil 3. Bien entendu, on construit un modèle d’usinage 21 pour chaque type d’outil coupant.
L’étape E1 concerne la mise au point d’un programme d’une succession de séquences u1,…, uk,…uNd’usinage. La succession de séquences d’usinage d’apprentissage débute en u1avec un outil coupant 3 neuf et se termine en uNlorsque l’outil coupant est complétement usé. On réalise toujours le même motif d’usinage pendant toute la succession de séquences d’usinage. Le motif peut par exemple être une rainure 23 dans le matériau d’une pièce 9 en métal. Dans ce cas, chaque séquence ukd’usinage correspond à la réalisation d’une rainure 23.
L’étape E2 concerne le choix et l’installation de l’outil coupant 3 d’intérêt. Ainsi, on positionne l’outil coupant 3 sélectionné sur son porte outil, on positionne le porte outil sur la broche 5 de la machine d’usinage 7 dédiée à l’essai de mise au point et on positionne la pièce 9 à usiner.
A l’étape E3 le module d’acquisition 11 est configuré pour détecter le début D et/ou la fin F de chaque séquence ukd’usinage d’apprentissage (par exemple chaque rainure 23) parmi la succession de séquences u1,…, uk,…uN.
A l’étape E4 le module d’acquisition 11 est configuré pour acquérir un ensemble de valeurs Xidu signal opératoire propre à l’outil coupant 3 lors du début D et/ou la fin F de chaque séquence ukd’usinage d’apprentissage. En variante, le module d’acquisition 11 peut être configuré pour faire l’acquisition des valeurs au début et à la fin d’un nombre prédéterminé de séquences d’usinage.
A l’étape E5 le module d’acquisition 11 est configuré pour acquérir un ensemble de mesures Mjréelles de l’usure au cours de la succession de séances u1,…, uk,…uNen réalisant chaque mesure d’usure réelle après un nombre déterminé de séquences d’usinage d’apprentissage. Ce nombre déterminé peut être sélectionné dans un intervalle compris entre 1 et 10 et peut dépendre des dimensions du motif d’usinage et du matériau de la pièce 9. A titre d’exemple, on effectue une mesure réelle Mjtoutes les cinq séquences d’usinage.
On utilise un dispositif de mesure pour réaliser l’ensemble de mesures réelles de l’usure de l’outil coupant. Le dispositif de mesure peut être un outil optique de type loupe binoculaire, caméra ou un outil de mesure de type profilomètre, scanner tridimensionnel, etc. Ce dispositif de mesure est utilisé pour mesurer directement l’usure de l’outil coupant 3. Toutes ces mesures réelles peuvent être acquises par le module d’acquisition 11 via l’interface d’entrée 17.
Aux étapes E5-E8, le microprocesseur 13 est configuré pour construire le modèle 21 d’apprentissage.
Plus particulièrement, à l’étape E5 le microprocesseur 13 est configuré pour nettoyer les données en supprimant par exemple, les données incohérentes. En outre, le microprocesseur 13 est configuré pour mettre en contexte l’ensemble de mesures d’usures réelles avec l’ensemble de valeurs du signal opératoire issu de la machine d’usinage 7.
A l’étape E6 le microprocesseur 13 est configuré pour calculer un écart-type glissant par séquence ukd’usinage d’apprentissage à partir des valeurs Xidu signal opératoire acquis pendant (le début et/ou la fin) de la séquence d’usinage formant ainsi, un ensemble de signatures Sk (i.e. écart-type glissants). En variante, le microprocesseur 13 peut être configuré pour calculer un écart-type glissant après un nombre prédéterminé de séquences.
En effet, les Figs. 3A à 3D sont des graphes illustrant la variation de l’écart-type glissant en fonction de l’usure de l’outil coupant. L’ordonnée représente la variation de l’écart-type glissant et l’abscisse représente le temps d’acquisition. Les valeurs sont reportées après chaque cinq séquences d’usinage.
Dans l’exemple des Figs. 3A et 3B, le signal opératoire utilisé est la vibration tandis que dans l’exemple des Figs. 3A et 3B, le signal opératoire utilisé est la puissance.
Plus particulièrement, la Fig. 3A illustre la variation de l’amplitude (valeur maximale) de l'écart-type glissant de la vibration au début de chaque cinq séquences d’usinage. Ainsi, chaque courbe (ou pic) représente la variation de l’écart-type glissant après cinq séquences d’usinage. La première courbe S1 représente la variation de l’écart-type glissant après cinq séquences de coupe avec un outil de coupe présentant au départ 0% d’usure. La dernière courbe S8 représente la variation de l’écart-type glissant après quarante séquences de coupe avec le même outil coupant. On notera que chaque courbe a une amplitude différente et que cette dernière augmente avec le nombre d’usinages et par conséquent, avec l’usure de l’outil coupant 3. Cela est dû au fait que l'usure de l'outil coupant 3 entraîne une augmentation de la puissance nécessaire à la rotation de l'outil et une augmentation des vibrations lorsque l'outil 3 entre dans la pièce 9 ou sort de la pièce 9.
La Fig. 3B illustre la variation de l’amplitude de l'écart-type glissant de la vibration à la fin de chaque cinq séquences de coupe. Comme précédemment, on notera que l’amplitude de l’écart-type glissant augmente avec l’usure de l’outil de coupe. La variation de l’écart-type glissant lors de l'entrée ou de la sortie de l'outil coupant 3 représente ainsi, la signature S (représentée par les courbes S1-S8 et S11-S18) du niveau d’usure de l’outil coupant 3.
Les Figs. 3C et 3D sont similaires aux Figs. 3A et 3B respectivement mis à part le fait que le signal opératoire utilisé est la puissance.
Ces graphes montrent bien que la signature (i.e. l’amplitude de l'écart-type glissant) d’un signal opératoire (vibration, puissance, etc.) lors de l'entrée ou de la sortie de l'outil coupant est un indicateur pertinent de l'usure réelle de cet outil.
Le fait que la signature d’usure soit réalisée à partir d’un signal opératoire acquis lorsque l'outil coupant 3 entre dans la pièce 9 ou sort de la pièce 9 permet d'avoir des informations pertinentes indépendantes de l'usinage en soi de la pièce 9. Ceci permet de comparer systématiquement des signaux similaires quel que soit le motif ou type d’usinage. De plus, l'introduction (ou l’extraction) de l'outil coupant 3 dans (ou de) la pièce 9 est une opération plus difficile et génère donc plus de déformation que l'opération d’usinage de la pièce 9 avec l'outil 3 déjà inséré dans la pièce. Ceci génère plus de vibrations et nécessite plus de puissance de la broche 5 que lors de l'usinage de la pièce 9 et fournit ainsi une meilleure qualité de signaux opératoires et donc une meilleure estimation.
A l’étape E7 le microprocesseur 13 est configuré pour construire le modèle d’usure 21 en appliquant une technique de régression ou d’interpolation configurée pour calibrer l’ensemble de signatures Sk sur l’ensemble de mesures Mjréelles de l’usure.
A l’étape E8 le microprocesseur 13 est configuré pour valider le modèle d’usure 21 lorsque la différence entre les mesures Mjréelles d’usure et les valeurs Vjd’usure estimées par le modèle d’apprentissage 21 ne dépasse pas un seuil T prédéterminé. Le seuil T peut être déterminé selon la précision désirée de l’estimation d’usure et le type d’opération. On notera que le procédé selon l’invention permet d’atteindre une très grande précision avec une erreur de moins de 1%.
A titre d’exemple, les Figs.4A et 4B illustrent la comparaison entre des valeurs d’usure estimées et des mesures réelles d’usure.
Selon cet exemple, les valeurs d’usure Vjestimées sont évaluées par un modèle d’usure 21 construit en utilisant un algorithme de régression linéaire. Le graphe de la Fig. 4A a pour ordonnée l’usure en mm et pour abscisse le nombre de séquences. Les valeurs d’usure vont entre 0 (outil neuf) à 0,35 mm (outil complétement usé). Dans la pratique une usure de 0.25 mm est considérée comme 100% d'usure.
La courbe C1 représente les mesures Mjréelles de l’usure tandis que courbe C1 représente les valeurs Vjd’usure estimées par le modèle 21 d’usure. Le graphe 4B illustre la différence (i.e. l’erreur) entre les courbes C1 et C2 et montre que l'erreur maximum entre les mesures réelles et les valeurs d’usure estimées est de 0.06mm ce qui équivaut à moins de 1% d’erreur.
La Fig. 5 est un organigramme illustrant de manière schématique un procédé d’estimation de l’état d’usure d’un outil coupant, selon un mode de réalisation préféré de l’invention.
A l’étape E21 on télécharge le motif de coupe à appliquer sur la pièce 9 ainsi que le modèle d’usure 21 développé pour le type d’outil coupant 3 d’intérêt qui est monté sur la broche 5 de la machine d’usinage 7.
A l’étape E22, on positionne l’outil coupant 3 sélectionné sur son porte outil, on positionne le porte outil sur la broche 5 de la machine d’usinage 7 et on positionne la pièce 9 à usiner.
A l’étape E23 le module d’acquisition 11 est configuré pour acquérir un ensemble de valeurs Xidu signal opératoire propre à l’outil coupant 3 lors du début et/ou la fin de la séquence d’usinage.
Selon un premier mode de réalisation, le module d’acquisition 11 est configuré pour acquérir un signal opératoire de sortie lors du retrait de l’outil coupant 3 du matériau.
Il est suffisant d’avoir l’un des signaux opératoires d’entrée ou de sortie. Toutefois, le fait que le signal de sortie donne l’usure de l’outil coupant 3 au moment de la sortie permet de savoir si l’outil 3 est toujours adapté pour faire un usinage supplémentaire.
Selon un deuxième mode de réalisation, le module d’acquisition 11 est configuré pour acquérir un signal opératoire d’entrée lors de l’introduction de l’outil coupant 3 dans le matériau.
Selon un troisième mode de réalisation, le module d’acquisition 11 est configuré pour acquérir un signal opératoire d’entrée lors de l’introduction de l’outil coupant 3 dans le matériau et un signal opératoire de sortie lors du retrait de l’outil coupant 3 du matériau.
Aux étapes E25-E26 le microprocesseur 13 est configuré pour extraire une signature d’usure à partir du signal opératoire et pour déterminer l’état d’usure de l’outil coupant 3 en fonction de cette signature.
Plus particulièrement, à l’étape E25 le microprocesseur 13 est configuré pour déterminer la signature Sk en calculant un écart-type glissant du signal opératoire.
A l’étape E26 le microprocesseur 13 est configuré pour déterminer l’état d’usure de l’outil coupant d’intérêt en utilisant le modèle d’usure 21 téléchargé à l’étape E21 modélisant l’état d’usure d’un outil coupant 3 du même type que l’outil coupant en opération en fonction des valeurs de l’écart-type glissant.
Ainsi, le système et le procédé d’estimation selon l’invention permettent de réaliser une mesure indirecte et très précise du niveau d’usure d’un outil coupant d’intérêt pendant le processus d’usinage et permettent de prévenir en temps réel d’une usure prématurée. L’invention permet également de réaliser une gestion optimale de la durée de vie de l’outil coupant. En outre, le système d’estimation consomme très peu de calcul et nécessite très peu de matériel additionnel facilitant son intégration dans toutes sortes de machines d’usinage utilisées dans l’industrie.
Claims (10)
- Système d’estimation de l’état d’usure d’un outil coupant monté sur une machine d’usinage, ledit système (1) comportant:
- un module d’acquisition (11) configuré pour acquérir au moins un signal opératoire propre audit outil coupant (3) lors d’au moins une interaction d’introduction ou d’extraction entre l’outil coupant (3) et le matériau (9) à usiner, et
- un microprocesseur (13) configuré pourgénérer à partir dudit au moins un signal opératoire une signature d’usure (Sk) de l’outil coupant (3) et pour déterminer l’état d’usure dudit outil coupant en fonction de ladite signature. - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module d’acquisition (11) est configuré pour acquérir un signal opératoire de sortie lors de l’extraction de l’outil coupant (3) dudit matériau (9).
- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module d’acquisition (11) est configuré pour acquérir un signal opératoire d’entrée lors de l’introduction de l’outil coupant (3) dans le matériau (9) et un signal opératoire de sortie lors de l’extraction de l’outil coupant dudit matériau.
- Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal opératoire propre à l’outil coupant monté sur la machine d’usinage (7) est un signal sélectionné parmi les signaux suivants: puissance du courant électrique circulant dans la machine d’usinage, couple, intensité de courant électrique circulant dans la machine, et vibration.
- Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite signature d’usure est définie pas un écart-type glissant dudit au moins un signal opératoire.
- Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le microprocesseur (13) est configuré pour déterminer l’état d’usure de l’outil coupant (3) d’intérêt en utilisant un modèle d’usure (21) prédéterminé modélisant l’état d’usure d’un outil coupant du même type que l’outil coupant en opération en fonction des valeurs de l’écart-type glissant.
- Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que lors d’une phase d’apprentissage le module d’acquisition (11) est configuré pour:
- détecter le début et/ou la fin de chaque séquence d’usinage d’apprentissage parmi une succession de séquences,
- acquérir un ensemble de valeurs du signal opératoire propre à l’outil coupant (3) lors du début et/ou de la fin de chaque séquence d’usinage d’apprentissage,
- acquérir un ensemble de mesures réelles de l’usure au cours de la succession de séquences en réalisant chaque mesure d’usure réelle après un nombre déterminé de séquences d’usinage d’apprentissage,
et en ce que le microprocesseur (13) est configuré pour:
- calculer un écart-type glissant par séquence d’usinage à partir des valeurs du signal opératoire acquises pendant ladite séquence d’usinage d’apprentissage formant ainsi un ensemble de signatures,
- construire ledit modèle d’usure (21) en appliquant une technique de régression configurée pour calibrer ledit ensemble de signatures sur ledit ensemble de mesures réelles de l’usure, et
- valider ledit modèle d’usure lorsque la différence entre les mesures réelles d’usure et les valeurs d’usure estimées par le modèle d’usure (21) ne dépasse pas un seuil prédéterminé. - Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que la succession de séquences d’usinage d’apprentissage débute avec un outil coupant (3) neuf et se termine lorsque ledit outil coupant est complétement usé.
- Machine d’usinage comportant le système d’estimation de l’état d’usure d’un outil coupant selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- Procédé d’estimation de l’état d’usure d’un outil coupant monté sur une machine d’usinage, ledit procédé comportant les étapes suivantes:
- acquérir au moins un signal opératoire propre audit outil coupant lors d’au moins une interaction d’introduction ou d’extraction entre l’outil coupant et le matériau à usiner,
- générer à partir dudit au moins un signal opératoire une signature d’usure de l’outil coupant, et
- déterminer l’état d’usure de l’outil coupant en fonction de ladite signature.
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