Brevet FR2176515A1 — publié le 19731102

La présente invention concerne des systèmes de lecture, d' ide- ntification et de commande numérique, et plus particulièrement des dispositifs combinés pour commander, de façon automatique, une machine outil à partir d' un support d' information trés simple s un dessin reproduisant, dans les trois axes de coordonnées, 1' objet à usiner et ses côtes de référence. L' invention utilise aussi un nouveau dispositif de lecture soit d' un aessin, soit d' un photogramme négatif du dessin. La présente invention concerne également des dispositifs pour COmmander une machine outil à partir d informations provenant du lecteur optoélectronique. Ces dispositifs sont destinés à lire les côtes et les informations du aessin ou du film, traduir sur les trois axes de coordonnées les côtes réelles de 1' objet à produire, dans le cas spécifique de la présente inventions un outil ou un moule de reproduc- tion, et transmettre les données sous forme de signaux électriques, hydrauliques ou pneumatiques à la machine outil. On prevoit, selon 1' invention, des organes aetecteurs de vitesse et des organes de comparaison, controle, itération, pour eviter des erreurs de position et de vitesse relative, suivant les coordonnées des parties commandés. Actuellement dans la programmation pour 1' automatisme de la machine outil il y a divers solutions, mais ces systèmes à commande numérique sont coordonnés par des signaux provenant, soit airectement d' une machine à calculer, soit d' un support d' enre gistrement (bande magnétique ou bande perforèe) sur le quel les nonnes délivrées par un calculateur ou par un ordinateur ont été immagasinées. Dans les deux cas il y a 1' inoonvenient de la preparation d' un programme que requirt un temps et des efforts con sidèrables, sans oublier 1' équipement indispensable pour réaliser un programme.Il est inconcevable, dans le cas spécifique de l'outillage, de réaliser un programme pour 1' execution d'un seul objet (moule ou outil de presse). Le même argument est valable pour un dispositif à copier et reproduire un contour. La présente invention est également caractérisée par un système de position et commande d' une machine outil, élaboré par un processus entièrement automatique à partir d' informations numériques definiées par 1' intermediaire d' un dessin codé représentant ltob- jet à usiner. Sous son principal aspect, la présente invention concerne la récupération d' une information mémorisée sous forme d' un dessin, représentant, à l'echelle 1:1, l'objet | à usiner ou son film,format 35 x 49 mm. Dans les deux cas l'image est visualisée sur un écran muni de six têtes de lecture optoélectonique, mobiles. Chaque tête de lecture est composée de treize ou plus phototransistors; les organes de lecture ont un mouvement selon les aies x et Y, et sont conçus pour détecter les taches noires et blanches des grilles irradiées. Les organes de lecture 101,102,103, et 104 ont un mouvement vertical et sont conçus pour detecter les grilles 201,202,203 et 204, composant les parties gauche et droite de l'image 200 visualisé. sur 1' ecran 108. Les organes de lecture 105 et 106 ont un mouvement horizontal et sont conçus pour détecter les grilles 205 et 206 composant les parties médianes de l'image 200, et représentant les données de l'axe Y du dessin. Les grilles 201 et 202 sont composées de cinquante quatre rangées de quinze carrés. Les grilles 203 et 204 sont composées de quinze rangées de quinze carrés. Les grilles 205 et 206 sont composées de cinquante quatre rangées de quinze carrés. Le mouvement de chaque organe de lecture à pour but: lire les informations des côtes sur chaque ase de coordonnées. Chaque organe est 1' équivalent binaire d'un nombre décimal de quatre chiffres entre 0,001 et 1 centimètre,soit : centimètres,millimètres,dixièmes et centièmes de millimètre. Dans 1' ensemble du présent exemple,ont peut usiner un outil ou un moule de dimensions maximales de 540 x 540 s 150 millimètres, avec une precision de l'ordre de O,Q1 millimètre. Pour des objets de dimensions supérieures on reproduit les plans à l'échelle 1:2, et on projecte 1' image filmée à un taux d' agrandissement 21 x au lieu de 15 s modifiant les dimensions de l'écran du lecteur directement proportionel au nombre de rangées et à leur interaxe. Les organes de lecture sont actionés par des moteurs pas-à-pas de façon que chaque pas correspond à l'alignement d'une tette de lecture sur une rangée de la grille. Chaque lecture correspond à un mouvement des organes de la machine outil commandé, chaque mouvement est limité entre 0,01 et 10 millimètres dans l'aie et la direction de la grille relative au profil de l'objet à usiner. Les informations de parité,provenant des capteurs de position 18,19 et 20 de la machine outil,controlées par un organe de comparaison, engendront une commande d'jarret ou d'avance à l'organe de lecture correspondant. L'identification d' un point dans l'espace vectoriel est dans la présente invention,simplifiée par la lecture des grilles de re férences: le premier carré de la première rangée d une grille correspond à zéro centimètre; le première carré de la deuxième rangée correspond à 0,999 + 0,001 soit à 1 centimètre; le premièr carré de la troisième rangée correspond à 2 centimètres;etcaetera. La lecture ici est décimale,pour les sous multiple la lecture est binaire,soit: les douze carrés de chaque rangée,aprés le premier carré des centîmètres,sont divisés en trois groupes de quatre car rés,le premier groupe représent,en binaire,les millimètres; le deuxième groupe:les dixièmes de millimètre,et le troisième groupe représent les centièmes de millimètres Dans chaque grille,et sur chaque rangée il y a un quatrième groupe de deux ou plus carrés, correspondant à la lecture des informations relatives à l'usinage, soit les vitesses,le type d'outil de coupe et les ordres divers. Chaque rangée peut contenir un nombre superieur de groupes, à fin d'augmenter,si nécessaire la precision d'usinage. Chaque phototransistor#,composant l'organe de lecture,est excité ou non,selon l'irradiation et la luminosité de chaque carré exploré,de sorte de donner à l'organe de comptage 7,la eSte exacte de l'objet dans le temps et dans l'espace exigé. Les organes 101 et 102 donneront les coordonnées selon l'aie X les organes 103 et 104 selon l'axe Z; les organes 105 et 106 donneront les coordonnées selon l'axe Y. Dans la présente invention il y a deux organes de lecture par axe de ooordonnées,de façon de pouvoir éventuellement lire deux eStes différentes sur le même alignement. Dans le cas,tres rare et exceptionnel d'une troisième et quatrième différence de profil dans l'espace de quelques millimètre(courbe à plusieurs rayons),ont entrodnira dans le lecteur un photogramme d'interpolation,représen tant la copie de l'original avec les changements des côtes. Les têtes de lecture sont equipées d' un organe d'amplification 301, le quel transmettra un signal à l'organe de mémoire 5, et à l'organe de commande 8 de la machine outil. L'organe d'unité arithmétique et d'affichage 9 est également -l'élement de comparaison,controle et itération,son but est d'eviter toutes erreurs d'usinage possible. Le support d'information du programme est,dans la présente invention une feuille translucide ou principalement caractériséapar un film noir et blanc de format standard(35 x 49lm.) inseré dans une carte à fenêtre de modéle courant. L'objet à usiner est dessiné dans la partie non occupée,par les grilles d'information,d'une feuille quadrilîée(Fig.4). Les grilles d'information sont codifiées après l'esecution du dessin.La dite feuille,completée,est ou inserée dans le dispositif de lecture directe,dans ce cas le support est une feuille translucide de dimensions normalisées,ou filmé à un taux de réduction 1:17 pour optenir un photogramme(35 x 49 mye), le quel est monté sur le support d'information; le dit support est inseré dans le passe-vue du lecteur équipé d'une optique à taux d'agrandissement 15 w; l'image est projectée,au moyen de miroirs, sur un écran poli,muni de quatre points de repère optique et d'une échelle millimètrique(Fig.3); les vis du passe-vue et du support d'objectif faciliteront la mise en position de l'image, le controle de repères,le reglage de la brillance et la clarté. Après la mise en place du bloc d'acier à usiner,et la mise en position zéro de coordonnées X,Y,etZ de la machine outil, et respectivement de ses capteurs,on- établi la position zéro de chaque organe de lecture et de commande. Tous les premiers carrés de la première rangée de chaque grille seront noir (blanc sur le dessin) de sorte que les phototransistors seront tous à l'état GNON". A la commande de démarage manuel,les organes de lecture avanceront d'un pas,après exploration des premières rangées. Les organes de lecture transmettront 1' information,amplifiée#par l'organe 301. la dite information sera analysée par l'organe de sélection, que traduira les signaux en commande sélective vers les organes de la machine outil,ou à un servomécanisme,dans le cas d'un systéme hydraulique ou pneumatique. Chaque mouvement des organes de la machine outil est enregistré,controlé et comparé aux informations provenant du lecteur. A la colncidence de l'enregistrement numérique provenant du lecteur et de l'enregistrement numérique provenant de la machine outil,nne nouvelle position sera engendrée par les dispositifs, de sorte d'avoir un cycle logique : information,lecture,commande,esecution iuformation,co#ncidenoe. On prévoit,selon l'invention, des organes de controle visuel de position, soit comptage et affichage de estes représentatives et de côte de position réelle de l'outil d'usinage,et des organes detecteurs de vitesse qui delivrent des signaux de vitesse d'ese- caution. Le dits signaux sont comparés aux informations du lecteur optoélectronique en fonction de la différence entre la position de lecture et la position de reproduction, ainsi qu'en fonction des signaux de vitesse d' execution. La présente invention vise un dispositif permetant de lire les côtes du contour d' un dessin dans les trois dimensions,selon un ordre géometrique au lieu de donner une expression mathématique de ce contour. Une courbe,donc,sera une succession des points enregistres et analysés par la lecture des deux grilles selon les axes du tracé. Chaque point correspond à un pas de l'organe de leo- ture, la distance entre chaque point est variable entre 0,01 et 10 millinètres. L'intersection des deux signaux captés,analysés et affichés,provenant des deux grilles d'axe different,donnera la position d' un point de la courbe.Les information provenant de l'axe Z, donneront la position d'un point dans l'espace volumétrique, dans le cas présent la profondeur ou 1' épaisseur de l'outil ou du moule à usiner. La succession de plusieures informations,selon les coordon nées I,Y, et Z,engendreront la commande pour l'execution dt un tra oé volumétrique dans le bloc métallique à nsiner,selon le tracé et les dimensions du dessin. Le sens du mouvement et les variations de vitesse de déplacement des organes de la machine outil sont établis aussi par la codification des grilles d' information. Toutes les informations sont analysées par les organes de mémoire et de comparaison, leur but est de maintenir la grandeur G constante. Ces organes déterminent à tout instant les valeurs données et revues (g 1 et g 2) de la grandeur G modifiée par l'action des organes de la machine outil commandé. L'organe de comparaison fournira un signal proportionnel à la différence g 1 - g 2; ce signal est transmis à la machine outil dans un sens qui tend à reduire 1' erreur entre g 1 et g 2. L'invention sera mieux comprise en ce réferant à la descrption qui suit,aus dessin annexes et à l'exemple d'une opération. La Figure 1 represente l'ensemble du dispositif sous forme d'un schéma général suivant un mode de mise en oeuvre de la présente invention. La Figure 2 et la Fig. 3 sont des vues schématiques en perspective du lecteur optoélectronique. La Figure 4 représente le support d'information soit le dessin et les grilles concernant,dans l1exemple,un moule à usiner. La Figure 5 est un schéma général des organes de comparai son,me'moire,affichage et commande. La Figure 6 représente l'exemple logique d'une operation. La Figure 7 est un graphique des coordonnées pour définir un arc dans un système à deux axes. L'ensemble du dispositif(Fig.l) comporte: un lecteur optoélee tronique (1); ce lecteur est composé,entre autresde six organes de lecture(3) soit: 31,32,33t34,35 et 36 équipés d' un systéme de mouvement pas-à-pas 21,2Xi23,24,25,26, et d'un organe de com- mande d'avance et d'arrêt 27; une entrée de données(4),qui reçoit les informations provenant des organes de lecture et d'une unité centrale (7) definissant les séquences d'opérations nécessaires pour optenir la position correcte des organes de lecture(3) et du mobile(17) de la machine outil.L'ensemble,représenté par la Fig.l comporte un organe de mémoire(5),destiné à enregistrer,pendant tout le temps nécessaire à leurs explotation,les informations contenues dans le support(100),à savoir le nombre "N" qui définissent les coordonnées,suivant les axes de refé#ence et les instructions qui caracterisent certaines fonctions auxiliaires nécessaires à l'execution des opérations d'usinagetcomme: les vitesse de coupe, d'avance,le diamètre de l'ontil,et les instructions divers. L'ensemble(Fig.l) comporte aussi des organes de sortie(6 et 8),constitués par des organes d'amplification,selection et d'action dans la commande de la machine outil; d'un organe(9),eomposé d'une unité arithmétique d'affichage et de comparaison à circuits logiques, dont le but est de comparer entre elles les positions affichées definiés par le lecteur(3)d'une part, et par les positions définies par les oapteur(l8,19 et 20),associés à l'organe mobile(17). L'unité d'affichage et de comparaison (9),est avec les organes du lecteur et le support d'information > la base de la présente inven tion. L'ensemble(Fig.l)comporte aussi un organe d'entrée auxiliare (10),qui,reçoit les information de correction d'usure d'outil par l'élément d' addition algébrique(11)renseigne par les detecteurs d1usure(28)ou par un autre organe équipant la machine outil.L'orga ne(l0)reçoit aussi les informations par l'organe de comparaison de la position éffective du mobile(l7),avec une suite des positions prédéterminées qui, losqu'elles sont atteintes,commandent un ralen tassement de la vitesse du mobile(17). Les élèments 13,14,et 15 sont les organes de commande de déplacement du mobile 17.Les élè- ments 16 et 21 sont respectivement l'organe de commande et le capteur des fonctions auxiliaires du mobiletsoit servomécanisme et capteur de vitesse d'avance,de vitesse de broche,de vitesse de coupe,d'ordre d'arrosage et d'autres ordres et informations d'outillage. Les éléments 18,19, et 20 sont les capteurs de position du mobile(17),destinés à traniiettre vers l'unité arithmétique d'affichage et de comparaison(9), les informations caractérisant la position éffeetive du mobile(17)de la machine outil.Chaque capteur 18,19,et 20,qui est un organe d'entrée auxiliaire de l'ensemble,asserri eé- caniquement à l'organe mobile,defini la position de l'axe de l'outil dans ses coordonnées respectives: I,Y,Z, sous forme-numérique. L'élément 12 est l'organe de transfert des précôtes,destiné soit à informer l'organe 10 pour commander le ralentissement relatif des organes de la machine outil,soit à changer manuelementen cour d'opération une côte éventuelle. L'organe(29) est la commande ma- nucelle d'avance et d'arret de l'ensemble des dispositifs. Les organes 5,667,10,et 11 comprennent des circuits "NI",qui produisent un signal sortant "0" quand il existe un signal d'entrée "1"; son expression algébrique est: Â+B+C+D=R ou A+B+C+D=R ; ces circuits "NI" sont utilisés comme portes,inverseurs,amplificateurs, ow basculeurs et xexoiresadans les connexions classiques. L'organe 9 comporte des blocs compteurs à circuits logiques "NON-0U",dont le principe est l'utilisation de l'algèbre binaire dite de Boole. La présente invention est caracterisée par le lecteur,îe sup- port d'iniormation et par le systéme de transfert des données, et non par les accessoirs d'une machine outil. A cet effet les dispositifs de la présente invention ont la possibilité d'être couplés à tous types et modéles de machine outil équipées de capteurs à procedés incrémentaux ou selsyns ou à règle codées. #EVENDICAT1 ONS 1.- Dispositif de commande automatique d'une machine outil,caracterisé par le fait qu'il comporte des moyens de lecture directe ou indirecte d'un dessin et de ses c#tes,representant l'objet à usiner. 2.- Dispositif conforme à la revendication l,caracterise' en outre en ce que les moyens comportent un systéme mobile optoélectronique d'identification d'information des cotes en langage decimale et binaire. 3.- Dispositif conformeala revendication l,caracterise' en outre en ce que les moyens de transfert des signaux dinformation et commandes comportent un systéme de synchronisation et de comparaison tendant à réduire les erreurs d'usinage. 4.- Procedé de préparation d'un support d'information,caracterisé par le fait qu'il comporte sur une feuille quadrillée,une serie de grilles pour l'impression manuelle des informations en langage décimal et binaire. 5.- Dispositif conforme aux revendications 1 et 4, caractérisé par le fait qu'il comporte un systéme visuel de lecture directe, basé sur l'ecîairage et les contrastes des grilles d'information representees sur le support d'information. 6,- Dispositif,conforme aux revendications 1 et 4, caracterisé par le fait qu'il comporte un systéme de projection d'un film, format photogramme,repre1sentant la revendication 4, caracterisé en outre en ce que les moyens de projection, et tenues par un systéme classique,sont rigouresement controllables et compatibles à la lecture optoélectronique représentéé par la revendication 2. 7,- Dispositif,selon les revendications 1,2,et 3 caracterisé en outre par la combinaison des éléments suivants 2 - des moyens pour recevoir les données reprèsentant les côtes dans les trois dimensions d'un objet à usiner. - des moyens pour effectuer sur ces dónnées une ou plusieurs opé- rations de commande d'usinage, - des moyens pour effectuer une ou plusieurs opérations entre ces données et les informations caractérisant la position effective du mobile de la machine outil. - des moyens pour traiter les signaux commandant les opérations ultérieures.