Brevet FR2203110A1 — publié le 19740510

La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une maquette en relief reproduisant à une échelle quelconque, un modèle, procédé du type selon lequel on réalise une carte topographique plane du modèle en traçant sur un plan des courbes de niveau dudit modèle. L'invention concerne également une installation pour la réalisation d'une maquette en relief reproduisant, à une échelle quelconque, un modèle, du type comportant des moyens pour tracer une carte topographique plane comprend t un ensemble de courbes de niveau du modèle. Des tels procédés sont notamment utilisés pour réaliser des cartes géographiques en relief. Ces cartes représentent ha bituellement le relief ou la nature d'une région, d'une localité, lieu lieuet sont utilisées pour exploiter des informations économiques ou sociologiques en vue de l'implantation rationnelle des constructions, oeuvres d'art ou tout autre aménagements nécessa ires à la collectivité, tant du point de vue civil que du point de vue militaire. Jusqu'à présent, on réalise des cartes topographiques en relief en matérialisant, par le façonnage d'une maquette le plus souvent en plâtre, chacune des courbes F (x, y) engendrées par des points de coordonnées x et y affectés d'une cote z prédéterminée qui peut être l'altitude (courbes de niveau d'une carte) ou tout autre grandeur. Ce sont donc ces courbes F (x, y) qui conditionnent l'opération de façonnage de la maquette, de sorte que ladite opération est longue et coûteuse. L'invention remédie à cet inconvénient et notamment pour but de proposer un procédé et une installation permettant la réalisation rapide de maquettes en relief avec un prix de revient relativement faible. Pour un procédé du type susmentionné, ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait qu'on détermine par interpolation la hauteur, par rapport à une base de référence d'une plu- ra1ité de points situés chacun à un noeud d'un quadrillage tra- cé sur la carte topographique du modèle, et on réalise la maquette par l'usinage d'une pièce brute au moyen d'une machine-outil qui est, de préférence, une fraiseuse travaillant par passes parallèles successives et dont la fraise présente une extrémité active de forme arrondie, le déplacement de l'outil par rapport à la pièce à usiner étant commandé en fonction des informations topographiques d'usinage constituées par des coordonnées planes et la hauteur correspondante de chaque noeud du quadrillage. Grâce à ce nouveau procédé on obtient une grande rapidité de réalisation des maquettes et donc un abaissement important du prix de revient, puisque l'usinage est effecuté par passes successives couvrant chacune toute la longueur de la pièce à usiner, et puisque les informations topographiques d'usinage peuvent être élaborées, conformément à une particularité de l'invention, par un ordinateur recevant et traitant des informations topographiques brutes fournies par un lecteur de courbes de niveau. De plus, ce nouveau procédé présente une grande souples-se de fonctionnement puisqu'il permet, d'une part, un grand choix de matériaux pour les maquettes, ces dernières pouvant être réalisées dans des matériaux inutilisables jusqu'à présent, et, notamment dans des métaux et, d'autre part, la possibilité d'effectuer des maquettes à des échelles les plus diverses et notamment à très grande échelle. Par ailleurs, ce nouveau procédé permet une grande fidélité de reproduction en raison notamment de la bonne précision donnée par les calculs dtinterpolation. Ce procédé est avantageusement mis en oeuvre dans une installation du type susmentionnée et caractérisée, conformément à l'invention, en ce qu'elle comporte en outre : des moyens de dépouillement et de calcul pour déterminer par interpolation, à partir des courbes de niveau de la carte topographique, la hauteur, par rapport à une base de référence, d'une pluralité de points situés chacun à un noeud d'un quadrillage tracé sur ladite carte topographique et pour fournir des instructions,en fonction de ces valeurs de hauteur, à une machine-outil à commande numérique ;; oes moyens de depouillement de cateul comprennent un ordina teur recevant et traitant des informations topographiques numé- riques brutes qui sont obtenues, de préférence, par un lecteur de courbe, à partir du tracé des courbes de niveau et qui se présentent sous:la'forme de séries de couples de coordonnées plane (x, y), chaque série correspondant à une courbe de niveau et chaque couple de coordonnées d'une même série correspondant à un point de la courbe de niveau correspondante. Une telle installation permet la réalisation entièrement automatique et ultra-rapide de maquettes en relief å partir d'une carte topographique comportant des courbes de niveau, ce qui diminue encore le prix de revient des dites maquettes. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description donnée ci-dessous à titre indicatif et non limitatif, d'un procédé et d'une installa- tion pour la réalisation de maquettes en relief selon un mode de réalisation de l'invention, description faite en référence au dessin annexé sur lequel : - la figure 1 est une vue d'ensemble schématique de 1' ins- lallation de réalisation de maquettes- en relief ; et la figure 2 est une vue schématique en pèrspective d'une fraise et d'une pièce brute en cours d'usinage. L'installation représentée sur les figures 1 et 2 comprend, conformément à l'invention, des moyens de dépouillement et de calcul pour déterminer, à partir d'informations topographiques premières constituées par une carte topographique plane 1 munie de courbes de niveau S1, 2 ..Sj, représentant le relief d'un terrain, des informations topographiques dites d'usinage dont la nature sera décrite plus loin. La carte topographique plane 1 est tracée par des moyens conventionnels à partir de relevés topographiques sur le--terrain et/ou de photographies aériennes. Les moyens de dépouillement et de calcul comprennent un lecteur de courbes symbolisé sur la figure 1 par la flèche 2 et apte d transformer les informations topographiques premaeres en informations topographiques numériques dites brutes, ces dernières infriaations- étant coflituée par iss séries de couples de coordonnées planes (xi, yi) ; chaque série indicée par 1 correspond à une courbe de niveau de la carte topographique 1 et chaque couple de coordonnées (xi, yi) d'une même série j corres 3 pond à un point Mij de la courbe de niveau correspondante Sj. Ces informations numériques brutes sont alors mises en mémoire dans une bande magnétique 3. Le moyen de dépouillement et de calcul comprennent en outre un ordinateur symbolisé sur la figure 1 par le cadre 4. L'ordinateur 4 reçoit et traite les informations numériques brutes fournies par le lecteur de courbe 2. Le traitement par l'ordinateur 4 desdites informatiDns numériques brutes consiste notamment à déterminer par des interpolations l'altitude ou la hauteur par rapport à une base de référence H d'une pluralité de points situés chacun à un noeud Np d'un quadrillage rectiligne orthogonal 5 tracé sur la carte topographique 1 du terrain (quadrillage représenté en pointillés sur la figure 1).A titre d'exemple, la valeur Hp de l'altitude d'un point Np situé à un noeud du quadrillage 5 est évaluée, à partir des altitudes H1, et H2 des courbes de niveau S1, et S2 qui l'encadrent et des distances minimales dl et d2 existant entre ledit point Np et, respectivement, les courbes S1 et S2, au moyen de la formule d'interpolation suivante H D2 H1 + dl H2 D1 + d2 L'ordinateur 4 élabore ainsi un tableau de valeurs H correspondant chacune à un noeud Np du quadrillage 5. L'ordinateur 4 élabore à partir de ces valeurs H des informations topographiques numériques d'usinage contenant la série des coordonnées numériques (n, m)p et de la valeur de l'altitude correspondante Hp de chaque noeud Np. Les informations d'usinage sont mises en mémoire par enregistrement sur une bande magnétique 6. Un contrôle par traceur de courbes permet de vérifier l'enregistrement et éventuellement d'effectuer des corrections Lesinformations d'usinage sont de nature telles qu'elles constituent des instructions pour com mander le déplacement, par rapport à une pièce à usiner 7, de la fraise 8 d'une fraiseuse 9 équipée d'un dispositif de commande numérique 9a. Comme on peut le voir sur la figure 2, la fraiseuse 9 travaille par passes rectilignes parallèles successives lu de la fraise 8 sur toute la longueur L de la pièce à usiner i, avec une avance constante entre deux passes 10 successives. La fraise 8 présente une extrémité active de forme sphérique 8a. Le matériau constitutif de la pièce à usiner 7 est choisi en fonction de l'utilisation prévue de la maquette ; il peut être un métal, par exemple, de l'aluminium. La pièce à usiner 7 se présente sous forme d'un parallépipède rectangle de hauteur convenable. Les informations d'usinage contiennent également la détermination du diamètre de l'extrémité sphérique 8a de la fraise utilisée 8, et la détermination des conditions de coupe, notamment de 1'åvance2j: Le diamètre de la fraise 8, 8a et les conditions de coupe sont déterminés automatiquement par l'ordinateur 4 de manière à obtenirla précision cherchée au moindre prix de revient.Il est avantageux notamment de déterminer réciproquement et en fonction de l'échelle et de la précision de reproduction désirée de la maquette que l'on veut réaliser, le nombre de courbe de niveau Sj de la carte topographique plane l,-le pas "a" du quadrillage 5, le diamètre de l'extrémité sphérique 8a de la fraise 8, la vitesse de coupe et l'avance t entre deux passes 10 successives de la fraiseuse 9, de façon que l'ensemble des opérations de réalisation de la maquette soit accompli pendant le temps le plus court. Cette détermination réciproque peut être effectuée automatiquement par l'ordinateur 4. Bien entendu, en raison des variations de pente du terrain, le lieu du centre de l'extrémité sphérique 8a de la fraise 8 peut ne pas être parallèle à la ligne usinée 11 (voir figure 2). Les valeurs d'altitude H de chaque noeud Np du quadrillage 5 sont automatiquement corrigées par l'ordinateur 4, de façon que, lors de l'accomplissement de sa trajectoire d'usinage, lwextrémité sphérique 8a de la fraise 8 soit tangente à la surface topographique réelle, réduite à l'échelle désirée, du terrain. pour un terrain très accidenté dont les variations d'altitude sont importants on peut envisager une élaboration de la maquette en deux temps :dans un premier temps on réalise une ébauche avec une fraise 8 dont l'extrémité sphérique 8a présente un rayon relativement grand par rapport au rayon de courbure minimal désiré sur la maquette, et, dans unç deuxième temps, on réalise la finition de la maquette avec une fraise 8 dont l'ex- trémité sphérique 8a présente un rayon inférieur ou au plus égal au dit rayon de courbure minimal. R E V E N D: I C A T I O N S 1) Procédé de réalisation d'une maquette en relief reproduisant, à une échelle quelconque, un modèle, procédé du type selon lequel on réalise une carte toporaphique plane du modèle en tra çant sur un plan les courbes de niveau dudit modèle, caractérisé en ce qu'on détermine par interpolation la hauteur par rapport à une base de référence d'une pluralité de points situés chacun à un noeud d'un quadrillage tracé sur la carte topographique du mo dèle, et on réalise la maquette par l'usinage d'une pièce-brute au moyen d'une machine-outil qui est, de préférence, une fraiseuse travaillant par passes parallèles successives et dont la fraise pré 'ente une extrémité active de forme arrondie, le déplacement de 'outil par rapport à la pièce à usiner étant commandé en fonctison d'informations topographiques d'usinage constituées par les coordonnées planes et la hauteur correspondante de chaque noeud du quadrillage. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on corrige, dans les informations topographiques d'usinage, la valeur calculée par ''interpolation de la hauteur correspondant à chaque noeud du quadrillage de façon que, lors de l'accomplisse- ment de sa trajectoire d'usinage, l'extrémité arrondie de la frai se soit tangente à la surface topographique réelle, réduite à l'échelle désirée, du modèle. 3) Procédé selon l'un des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, pour une échelle et une précision de maquette données, on détermine réciproquement le nombre des courbes de niveau à tracer sur la carte topographique plane, l'avance entre deux passes successives de la fraiseuse, le diamètre de l'extrémité arrondie de la fraise, la vitesse de coupe et le pas du quadrillage de façon que l'ensemble des opérations de réalisation de la maquette soit accompli pendant le temps le plus court 4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, carac térisé en ce qu'on réalise la maquette en deux temps : dans un premier temp, on réalise une ébauche avec une fraise dont l'extrémité arrondie présente un rayon relativement grand par rapport au rayon de courbure minimale désiré sur la maquette et, dans un deuxième temps, on réalise la finition de la maquette avec une fraiseuse dont l'extrémité arrondie présente un rayon au plus égal audit rayon de courbure minimal. 5) Installation pour la réalisation d'une maquette en relief reproduisant, à une échelle quelconque, un modèle, du type comportant des moyens pour tracer une carte topographique plane comprenant un ensemble de courbes de niveau du modèle, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre : des moyens de dépouillement et de calcul pour déterminer, par interpolation, à partir de ces courbes de niveau, la hauteur, par rapport à une base de référence, d'une pluralité de points situés chacun à un noeud d'un quadrillage tracé sur ladite carte topographique et pour fournir des instructions en fonction de ces valeurs de hauteur, à une machine-outil à commande numérique, ces moyens sde dépouillement et de calcul comprenant un ordinateur recevant et traitant des in-formations topographiques numériques brutes qui sont obtenues, de préférence, par un lecteur de courbe, à partir du tracé des. courbes de niveau et qui se présentent sous la forme de séries de couples de coordonnées planes (xi, yi) j, chaque série correspondant à une courbe de niveau, et chaque couple de coordonnées d'une même série correspondant à un point de la courbe de niveau correspondante.