Brevet FR2341399A1 — publié le 19770916

la présente invention se rapporte à un procédé pour contrôler les mesures d'une pièce usinée sur une mtchine-outil pendant que la pièce reste dans la position qu'elle a prise en cours d'usinage. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé appliqué à une machine à commande numérique dans laquelle la broche porte-outil peut être déplacée par rapport à la pièce suivant deux axes de coordonnées perpendiculaires à l'ax de la broche à l'aide d'un système de comnande numérique et d'un programme permettant de définir plusieurs points nominaux devant autre situés sur les surfaces de la pièce, chaque point étant déterminé par des coordonnées suivant lesdits axes. Le procédé consiste à monter à la place de l'outil sur la broche un élément de mesure comportant une partie circulaire de détection dont le centre géométrique,lors du montage de l'élément de mesure sur la broche,est placé sur l'axe de la broche,ladite partie de détection comportant une zone périphérique dirigée latéralement, concentrique au centre et placée dans un plan radial où la partie de détection, quand sa zone périphérique est amenée en contact avec la surface de la pièce,peut être déplacée élasti- quement de manière que son centre géométrique soit excentré par rapport à l'axe de l'élément de mesure afin que ce dernier produise un signal électrique représentant la distance de déplacement latérai du centre géométrique de la partie de détection par rapport à une position trop dans laquelle la partie de détection a une excentricité prédéterminée par rapport à l'axe de broche. D'après le brevet US N03.673 .695, on sait utiliser un élément de mesure pour de telles opérations de contrôle de manière à mesurer une surface en faisant déplacer l'éliment de mesure suivant un mouvement programmé par rapport à la pièce et en direction de ladite surface Jusqutà ce que la partie de détection (sonde) de l'élément vienne toucher la surface. L'élément de mesure est agencé pour produire un signal électrique qui varie avec le déplacement latéral de la partie de détection lors de son entrée en contact avec la pièce.Puisque la position "0" de l'élément de mesure (c'est-à-dire la position dans laquelle le signal électrique produit s 'annule) et la relation existant entre la valeur du signal et le déplacement radial de l'élément de détection, calculé à partir de la position "O", peuvent Qtre déterminées de façon très précise, ce procédé convient pour être utilisé dans une machine à commande numérique en vue de vérifier qu'une pièce,par exemple la première d'une série de pièces, a été usinée conformément au programme Par comparaison à des opérations de contrôle classique exécutées par des machines spéciales de mesure ou bien par des bancs de mesure où on fait intervenir une vérification manuelle, un procédé du type défini ci-dessus offre différents avantages: entre autres, on élimine l'opération longue de démontage de la pièce par rapport à la machine- outil et, si la pièce nécessite un autre usinage,le repositionnement précis de la pièce. Il ne se produit aucune perte de temps de ce genre puisque 1 'ouvrier peut contrôler, à l'aide de l'élément de mesure et du programme de mesure pré-réglé, les mesures de la pièce ou bien les mesures de certaines de ses surfaces aussitôt que la pièce a été usinée puis il peut poursuivre l'usinage de la même pièce ou bien de la pièce suivante de la série. Comme décrit dans le brevet US précité,un élément de mesure du type défini dans ce brevet permet d'effectuer une mesure dans une direction axiale ou radiale, bien qu'avec ce dernier type de mesure on ne précise pas comment on doit mettre en pratique le procédé. Apparemment la sonde de mesure représentée, dont la conicité est dirigée vers le bas,convient seulement pour des surfa- ces dirigées vers le haut et qui sont situées transversalement b la broche de la machine et, comme cela a été proposé ultérieurement, lorsqu'on effectue des mesures radiales, on doit utiliser une sonde comportant une extrémité de forme plane de façon à obtenir une périphérie dirigée latéralement, de préférence circulaire,qui peut être amenée en contact avec la surface de la pièce,mSme si cette pièce comporte un bord en saillie, ou bien est inclinée d'un angle aigu par rapport à la table sous-3acente de la machine. L'invention a pour but de permettre d'utiliser le procédé de contrôle mentionné ci-dessus pour réaliser des opérations de mesure radiale de façon queil puisse autre utilisé indépendamment de l'orientation de la surface à mesurer par rapport à la broche et par rapport à l'axe du système de coordonnées se rapportant à la machine.A cet égard, il est d'une importance particulière de pouvoir déterminer également radialement la position de surfaces incurvées en vue d'obtenir directement,à l'aide d'un processus de contracte programmable,une information pouvant Stre lue et définiz- sant si la surface usinée est ou non positionnée correctement, c'est-à-dire présente une coordonnée prescrite dans le programme d'usinage ou bien,si cela n'est pas le cas, quelle est l'importance de l'écart angulaire par rapport à la surface.En conséquence, dans le cas où on trouve que cette surface est trop "haute",le procédé de contrôle doit permettre à l'opérateur d'apporter tout réglage nécessaire à la surface, à la fois rapidement et avec la profondeur de coupe correcte sans avoir à effectuer de longs calculs répétés des résultats de mesure reçus. ce problème a été résolu selon l'invention qui est caractérisée en ce que, sur la base des coordonnées indiquées dans le programme d1 usinage pour chaque point nominal qu t on désire con trôler sur une surface usinée d'une pièce , on détermine d'abord la direction radiale de la normale à la pièce, en second lieu un point de coordonnée intérieur qui est placé sur la normale de manière que, lorsque l'axe de broche passe par ce point et à condition que la surface ait été usinée totalement en conformité avec le pro gramme d'usinage,la périphérie de la partie de détection touche la surface au point nominal et que le centre géométrique de la partie de détection déplacé dans la position 0, situé sur la normale,et en troisième lieu un point de coordonnée extérieur placé sur la normale de manière que la périphérie de la partie de détection soit complètement écartée de la surface , en ce qu'on établit et on suit un programme de contrSle suivant lequel le système de commande oblige l'outil à exécuter des mouvements de la broche et l'élément de mesure monté sur celle-ci par rapport auxdits points nominaux de manière que,pour chaque point nominal, la broche soit d'abord déplacée d'une position de départ jusqu'au point de coordonnée extérieur, de préférence à une vitesse rapide,puis de préférence à une vitesse lente dans la direction de la normale en passant par le point où la périphérie touche la surface de pièce et, au-delà de ce point, jusqu'au point de coordonnée intérieur,la broche étant ensuite écartée de ladite surface, de préférence par déplacement dans la direction de la normale Jusqu'au point de coordonnée xt- rieur pour revenir ensuite de ce point au point de départ, et en ce que le signal produit par l'élément de mesure quand l'axe de broche est amené sur le point de coordonnée intérieur est indiqué et/ou enregistré,de préférence sous une forme numérique,de façon à obtenir pour chaque point nominal contrôlé une mesure de I écart de la surface dans la direction de la normale. D'autres avantages et caractéristiques d. l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemples non limitatifs,en référence aux dessins annexés dans lesquels:: Fig.l est une vue on perspective d'une fraiseuse à col-an- de numérique qui est pourvue d'un appareil de contrôle permettant de vérifier les mesures d'une pièce selon le procédé de l'inven- tion; Figs,2 et 3 montrent comment le procédé de contrôle selon l'invention est mis en pratiquez figure 2 montrant en vue en perspective une partie d'une pièce soumise au controle et la partie de détection de l ment de mesure ainsi que le mouvement relatif de l'élément de mesure pendant une opération de contrôle tandis que la figure 3 est une vue en plan montrant la même situation que celle de la figure 2. Sur la figure l,on a désigné par 1 une fraiseuse comportant une broche porte-outil 2 et une table 3 qui est mobile dans un plan horizontal défini par deux axes de coordonnée désignés par X et Y et dans la direction verticale définie par l'axe Z. D'une manière classique et à l'aide de mors et de dispositifs de fixation (non représentés),une pièce 4 est bloquée dans une position prédéterminée sur la table de manière à être usinée à l'aide d'une fraise ou d'un autre outil de coupe monté sur la broche. la table portant la pièce est ainsi commandée par un système de commande numérique 5 dans lequel est inséré un programie,ledit programme étant basé entre autres sur une information concernant le profil des surfaces finies et leur position mutuelle suivant le système de coordonnées X, Y , z , l'information correspondant à chaque opéra- tion du programme pouvant se présenter sous la forme d'une série de points de coordonnée qui définissentchacun une position de l'axe géométrique de la broche 2. Sur la figure 2 , on a désigné par 6 une surface qui est supposée avoir été usinée conformément aux données indiquées dans le programme et dont les mesures doivent Entre vérifiées pendant que la pièce 4 reste sur la table 3 dans la même position relative que celle où elle a été bloquée avant l'opération d'usinage. L'ou vrier enlève maintenant l'outil de coupe de la broche et le rempla- ce par un élément de mesure ou sonde 7,qui peut Entre du type général défini dans le brevet US précité.Puisque, dans le cas représenté, la mesure doit être effectuée dans la direction radiale,l'élément de mesure est pourvu cependant d'une partie de détection 8 comportant à sa partie inférieure une zone en forme de disque dont la périphérie 9 est circulaire et est concentrique au centre 10 de la partie de détection 8 ,ce centre étant situé dans la position de repos sur l'axe géométrique de la broche 2. Pour pouvoir utiliser 1 t élément de mesure dans la plus grande plage possible indépendamment de la forme de la pièce, à savoir également pour les surfaces inclinées dirigées vers le bas vers la surface de la table 3 et lors de l'existence de parties en surplomb au-dessus de la surface, etc, on doit prévoir une série de disques de mesure dont les diamètres sont échelonnés de façon appropriée de manière que,une fois qu'on connaît la structure et l'orientation de la pièce sur la table,il soit possible de choisir un diamètre connu approprié de la périphérie de la partie de détection 8. L'ouvrier a également à sa disposition un programme de mesure qui est basé entre autres sur ledit choix de diamètre et qui est convenablement mémorisé dans le système de commande 5 de manière que,après l'exécution des opérations d'usinage concer- nant la surface 6,1 t ouvrier puisse amorcer le programme de mesure. A l'ide d'un tel programme,le système de commande peut,en principe de la *8me manière qu'en cours d'usinage, positionner la broche 2 par rapport à la table et à la pièce bloquée sur celle-ci,et l'axe géométrique de la broche peut par conséquent, dans le mode de réalisation représenté,Stre amené dans toute position désirée située en avant de la surface 6 par déplacement dans un plan XY séleo- tionné par exemple. Enfin,il est prévu dans 1 'équipement de mesure une unité d'enregistrement 11 qui est reliée à l'aide d'un cible 12 à la sortie de signaux de l'élément de mesure 7. L'unité d'enregistre- ment peut également Entre reliée électriquement au système de commande 5 de manière à pouvoir synchroniser l'enregistrement des données de mesure avec la réalisation du programme de contrôle de mesure. La compilation du programme de contrôle de mesure est basée sur les mimes données que celles indiquées pour l'usinage de la pièce et les points de coordonnée - qui seront désignés dans la suite par n points nominaux"-qu'on dévire vérifier sont sélectionnés à partir de ce programme. Ensuite, on effectue pour chaque point nominal (13 sur la figure 3) une détermination de la direction, rapportée au plan XY passant par ledit point, de la normale 14 à la surface 6 en ce point, et de deux positions de broche 15 et 16 situées sur ladite normale.La position extérieure de broche 15,qui est le point d'intersection entre la normale et la direction 17 de mouvement d'avance rapide,est déterminée en connaissant le diamètre de disque sélectionné de manière que,quand le centre 10 de la partie de détection est placé dans cette position, la périphérie 9 soit écartée de la surface 6 ou bien définisse avec elle un intervalle d'air de quelques millimètres. La position intérieure de broche 16,qui représente la position, considérée dans le plan de coordonnées XY, que doit prendre l'axe de la broche quand l'unité 11 effectue l'opération d'enregistrement,est déterminée par soustraction à partir du point nominal 13 et dans la direction de la normale d'une distance qui est égale au rayon du disque de mesure de la partie 8 moins une mesure e correspondant à l'élément de mesure. Cette mesure e représente la position "ot de l'élément de mesure, c'est-à-dire le lieu des points où le signal électrique provenant de l'élément de mesure 7 8 'annule quand le centre géométrique 10 de la partie de détection est déplacé latéralement par rapport au corps de l'élément de mesure fixé sur la broche 2.Ce lieu est un cercle, désigné par 18 sur la figure 3,et la mesure e est par conséquent effective dans toutes les directions radiales de l'élément de mesure. Si on suppose maintenant que la partie de détection 8 de l'élément de mesure vient toucher la surface 6 de la pièce et que le oentrekéomAtrlque 10 de la partie de détection 8 est situé sur la normale 14 tandis que l'axe géométrique de la broche 2 est encore plus décalé vers l'avant en direction de la surface d'une valeur telle que ledit axe soit placé sur le point de coordonnée intérieur l6,c'est-à-dire sur la normale,le signal fourni par l'élément de mesure 7 définit de façon non ambigu ai les coor- donnée s du point de contact coincident ou non exactement avec les coordonnées du point nominal 13 conforme au programme ou bien, dans la négative, quel est l'écart de mesure. Dans le cas d'un tel écart, le signal de mesure indique par sa polarité la nature de l'erreur,c'est-à-dire si la pièce est située au point de mesure dans une position trop haute ou trop basse, tandis que la valeur numérique fournit les informations concernant la grandeur de l'écart entre le point nominal et le point réel de contact,mesuré dans la direction de la normale à la pièce. En l'exprimant en unités les plus basses dans lesquelles le système opère1 on peut lire le résultat sous une forme numérique enregistrée sur une bande 19 (fig.l) provenant de l'unité d'enregistrement 11 et en phase avec le programme de mesure. Pour chaque position de contrAcle ou de mesure déterminée de la manière décrite ci-dessus,la broche 2 est déplacée par rapport à la table 3,dtabord à partir d'un point de départ approprié 20 jusqu'au point de coordonné extérieur 15,puis on peut choisir une vitesse d'avance rapide tandis que le déplacement depuis le dernier point jusqu'au point de mesure 16 doit Entre effectué à une vitesse d'avance lente de manière que les forces d'inertie des parties mobiles de 1 'élément de mesure soient incapable s d'affecter le résultat de mesure. Aussitôt que la broche a atteint une position de mesure, on la fait revenir en arrière, ce mouve- ment s'effectuant d'abord dans la direction de la normale 14 Jus- qu'au point de coordonnée extérieur 15 puis, à partir de ce point, dans la direction arrière vers l'arrière dans la direction 17.On peut également inclure dans le programme de contrôle une référence fixe située sur la table de la machine, d'une manière bien connue, cette référence pouvant Stre utilisée, également pendant que la pièce est en train autre usinée, comme point de départ pour tous les mouvements de positionnement et, quand on effectue l'opération de contrôle conforme an procédé de l'invention, il est approprié d'utiliser comme référence un trou 21 prévu dans la table 3 de la machine et dont le diamètre est tel que la partie en forme de disque de l'élément de mesure puisse descendre dans ledit trou, cequi permet la remise à zéro du système lors de l'entrée en contact de la périphérie 9 avec la paroi du trou.En conséquence, à l'aide de cette référence,il est possible pendant l'exécution du programme de mesure, de déterminer s'il 'est produit des accumulations d'erreurs pendant les mouvements programmés,ce qui signifie que, pour chaque nouveau point nominal 13,le système détecte le point de coordonnée intérieur 16 correspondant exactement au mSme déplace- nient en excès e En fonction des écarts de position qui sont indiqués pendant l'opération de contrôle,l'ouvrier peut apporter les eorrec- tions nécessaires immédiatement après l'exécution du programme ou bien il peut continuer l'opération d'usinage d'autres pièces quand les résultats du contrôle montrent que les tolérances indiquées dans le programme sont maintenues. Lorsqu'on trouve des écarts constants et lorsque toutes les surfaces mesurées sont trop hautes, cela indique que l'outil de coupe utilisé est usé radialenient et puisque,conormément à la présente invention, les écarts de position sont obtenus dans la direction radiale, l'ouvrier peut déterminer, à l'aide des valeurs enregistrées sur la bande d'enregistre. ment, quelles valeurs de compensation radiale il doit transmettre au système de commande pour opérer d'une manière connue lorsqu'il ramène l'outil sur la broche et recommence l'opération d'usinage. -REVENDICATION- Procédé consistant dans une machine à commande numé- rique dans laquelle la broche porte -outil peut Stre déplacée par rapport à la pièce dans deux axes de coordonnées p.rpendiculai- res à l'axe de la broche à l'aide d'un système de commande numéri- que et d'un programme permettant de définir plusieurs points nomi- naux devant Entre situés sur les surfaces de la pièce, chaque point étant déterminé par des coordonnées suivant lesdits axes, à monter à la place de l'outil sur la broche un élément de mesure comportant une partie circulaire de détection dont le centre géométrique,lors du montage de l'élément de mesure sur la broche, est placé sur l'axe de la broche,ladite partie de détection comportant une zone périphérique dirigée latéralement,concentri- que au centre et placée dans un plan radial où la partie de dd- tection,quand sa zone périphérique est amenée en contact avec la surface de la pièce, peut être déplacée élastiquement de manière que son centre géométrique soit excentré par rapport à l'axe de l'élément de mesure afin que ce dernier produise un signal électrique représentant la distance de déplacement latéral du centre géométrique de la partie de détection par rapport à une position "O" dans laquelle la partie de détection a une excentri- cité prédéterminée par rapport à l'axe de broche, ce procédé étant caractérisé en ce que sur la base des coordonnées indiquées dans le programme d'usinage pour chaque point nominal qu'on désire contrôler sur une surface usinée d'une pièce,on détermine d'abord la direction radiale de la normale à la pièce,en second lieu un point de coordonnée intérieur qui est placé sur la normale de manière que,lorsque l'axe de broche passe par ce point et à condition que la surface ait été usinée totalement en conformité avec le programme d'usinage, la périphérie de la partie de détection touche la surface au point nominal et que le centre géométrique de la partie de détection déplacé dans la position O, situé sur la normale, et en troisième lieu un point de coordonnée extérieur placé sur la normale de manière que la périphérie de la partie de détection soit complètement écartée de la surface, en ce qu'on établit et on suit un programme de contracte suivant lequel le système de commande oblige l'outil à exécuter des mouvements de la broche et l'élément de mesure monté sur celle-ci par rapport auxdits points nominaux de manière que,pour chaque point nominal, la broche soit d'abord déplacée d'une position de départ jusqu'au point de coordonnée extérieur,de préférence à une vitesse rapide, puis de préférence à une vitesse lente dans la direction de la normale en passant par le point où la périphérie touche la surface de pièce et, au-delà de ce point, Jusqu'au point de coordonnée intérieur, la broche étant ensuite écartée de ladite surface, de préférence par déplacement dans la direction de la normale Jusqu'au point de coordonnée extérieur pour revenir ensuite de ce point au point de départ, et en ce que le signal produit par l'élément de mesure quand l'axe de broche est amené sur le point de coordonnée intérieur est indiqué et/ou enregistré, de préfé- ronce sous une forme numérique, de façon à obtenir pour chaque point nominal contrôlé une mesure de l'écart de la surface dans la direction de la normale.