Brevet FR2572000A1 — publié le 19860425

L'invention concerne un système de détection de rupture d'outil et une méthode de contrôle des vibrations d'outil de coupe pour détecter une rupture d'outil signifi- cative et empêcher les fausses alarmes se produisant pour d'autres vibrations acoustiques. Les ruptures d'outil ne sont pas rares dans les opérations normales d'usinage, et elles peuvent être très fréquentes dans des conditions d'usinage importantes de ma- tériaux spéciaux pour moteurs d'avion avec des outils céra- mique fragiles. On ne peut prévoir avec précision quand ces ruptures d'outils auront lieu, en particulier pour les ou- tils céramiques. Cette situation constitue un obstacle ma- jeur à de nombreuses tentatives essentielles qui ont pour but d'augmenter la productivité des procédures de coupe de métaux. L'approche qui consiste à assigner deux machines à un homme est couramment considérée comme peu pratique lors- qu'on utilise des outils céramique fragiles pour un usinage important ou même lorsqu'on utilise des outils carbure durs aux limites de leurs possibilités, de sorte que certains des avantages d'un homme pour deux machines sont perdus du fait des réductions nécessaires dans les taux de productivité de chaque machine. L'usinage automatisé en boucle fermée ne peut être utilisé de manière de manière sûre sans une tech- nique fiable de détection de rupture d'outil pour empêcher l'endommagement de la pièce de travail. - 2- On a étudié pendant de nombreuses années le pro- blème de détection de rupture d'outil et de nombreux dispo- sitifs d'application sont disponibles sur le marché. Cer- tains de ces dispositifs contrôlent la vitesse d'avance ou S la puissance de la broche et d'autres contrôlent les forces d'avance. En général, ils ne sont pas totalement satisfai- sants pour des raisons de coût, de réponse lente, de diffi- culté de montage des agencements pour certaines machines et des problèmes de fausses alarmes. Néanmoins, le besoin de disposer de cette fonction a été suffisamment important pour qu'il en résulte un certain nombre d'installations et de plans pour leur utilisation même dans des applications d'usinage en boucle fermée du futur. Le présent détecteur de rupture d'outil, pour énoncer quelques unes de ses proprié- tés, a une réponse plus rapide et une meilleure sensibilité que les systèmes de contrôle de puissance et de force, et est moins sensible aux fausses alarmes que les systèmes existants de détection d'émission acoustique qui reposent seulement sur la détection de l'émission produite par la rupture de l'outil. Le présent détecteur est plus capable que les systèmes d'émission acoustique d'éviter les alar- mes lors de ruptures d'outil qui n'affectent pas de manière significative les conditions de coupe et il est plus sensi- ble pour détecter les ruptures d'outil significatives lors- que le signal émis de rupture réelle d'outil est masqué par le bruit de coupe élevé. La présente invention a pour but de réaliser un système de détection de rupture d'outil de coupe qui est une amélioration des dispositifs connus de la technique en ce qui concerne les problèmes de coût, temps de réponse, sensi- bilité, facilité d'installation et fiabilité. La présente invention a aussi pour objet un tel système et un procédé qui permet d'effectuer une discrimina- tion suffisante entre les ruptures d'outils mineures et les ruptures majeures de manière à empêcher des dégâts signifi- -3- catifs de la pièce de travail. La présente invention a pour autre objet d'extraire les in- dices de détection de rupture d'outil à la fois de l'éner- gie d'émission acoustique produite par la rupture elle-même et des variations du bruit de fond de coupe (dénommé ci-après bruit de fond) provoquées par les conditions de cou- pe modifiées après la rupture. Ceci permet d'ajuster le cri- tère de détection de signature de rupture d'outil aux be- soins d'usinage à productivité élevée lorsque les bruits de coupe élevés masquent parfois l'énergie d'émission acousti- que et lorsqu'il est important d'éviter d'arrêter le proces- sus d'usinage sur de fausses alarmes associées à des ruptu- res d'outil mineures et des sources de bruit parasites. La présente invention a aussi pour autre objet d'éviter qu'il soit nécessaire d'élaborer des mesures et des cycles d'apprentissage avant que le système de détection de rupture d'outil puisse être réglé pour fonctionner sur une nouvelle pièce de travail. Les systèmes basés sur des limi- tes absolues de puissance ou de force doivent utiliser des passes d'essai pour déterminer les déviations normales des niveaux des paramètres détectés pendant toutes les passes qui doivent être faites lors de l'usinage de la pièce. Leur utilité est généralement aux applications dans lesquelles un grand nombre de pièces identiques doivent être usinées par opposition à celles o un grand nombre de pièces différentes peuvent être usinées. Cette invention repose principalement sur la détection et l'interprétation des transitoires et des décalages de niveau du signal de vibration plutôt que le passage de limites absolues et elle est ainsi capable de réaliser une bonne performance de rupture d'outil sans uti- liser aucune information antérieure sur les coupes spécifi- ques qui doivent être faites. L'invention a pour autre objet de minimiser les problèmes d'installation et de fonctionnement du système de détection de rupture d'outil. Le capteur est petit et robus- -4- te et un seul capteur monté a une distance raisonnable de l'interface outil/pièce est habituellement suffisant. La bande de fréquence acoustique est choisie pour effectuer une discrimination contre un bruit de machine inférieur à 30 Khz et évite l'utilisation de fréquences élevées au-dessus de Khz qui subissent une forte atténuation dans le trajet de propagation. L'invention a pour objet supplémentaire la réali- sation d'un détecteur de rupture d'outil perfectionné qui peut s'intégrer facilement à un détecteur acoustique de con- tact d'outil en un système combiné de détection de rupture d'outil et de contact d'outil. Cela minimise la quantité d'équipements de contrôle spéciaux nécessaires pour réaliser les deux fonctions. Un détecteur de vibrations à bande large tel qu'un accéléromètre qui est le plus sensible aux fréquences entou- rant une fréquence de résonance, typiquement de 30Khz et au-dessus, est placé sur la machine-outil dans le but de capter les vibrations à l'interface outil/pièce. Un prépro- cesseur analogique comporte un moyen pour procéder à un fil- trage passe-haut de manière à atténuer le bruit basse fré- quence de la machine, et un détecteur d'énergie double al- ternance pour redresser et effectuer un filtrage passe-bas du signal. La fréquence de coupure de 500 Hz ou moins du filtre passe-bas empêche la formation d'ambiguités par l'opération ultérieure d'échantillonnage. Le signal unipo- laire de sortie du préprocesseur analogique est échantillon- né et les échantillons sont transformés sous forme numérique et ensuite analysés par un circuit numérique qui peut être un ordinateur universel programmable. La logique de détec- tion de ruptures d'outil émet un signal d'alarme lors de ruptures d'outil majeures capable d'endommager la pièce de travail et empêche les fausses alarmes lors de ruptures -d'outil mineures qui peuvent être ignorées et lors de poin- tes transitoires et de bruits parasites provenant d'autres sources. Le circuit numérique est prévu pour calculer le niveau de signal moyen de fonctionnement d'un nombre prédé- terminé d'échantillons de signal. Un détecteur de transitoi- re compare chaque nouvel échantillon avec la valeur du si- gnal moyen de fonctionnement de N échantillons antérieurs pour détecter une augmentation transitoire ou brutale du ni- veau du signal qui peut avoir son origine dans une rupture d'outil majeure. Un détecteur de décalage moyen compare le niveau du signal moyen après et avant un tel transitoire pour détecter un décalage dans le niveau moyen et aussi une modification substantielle dans le bruit de fond de coupe(ou bruit de fond). Un détecteur de persistance de décalage moyen effectue une vérification pour voir si le décalage du niveau moyen persiste pendant une période donnée. Un signal d'alarme de rupture d'outil est engendré seulement après confirmation d'une rupture d'outil majeure ou significative correspondant à ces essais. Dans la mise en oeuvre de la mé- thode, la détection d'un transitoire non suivi par un déca- lage dans le niveau du bruit de fond a pour résultat le re- jet et le retour à la phase de détection de transitoire, et l'impossibilité de satisfaire à la vérification de persis- tance de durée provoque le rejet et le retour à la détection de transitoire. Un signal d'alarme de rupture d'outil est engendré seulement lorsque tous les critères sont satis- faits. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: - Figure 1, une vue partielle en élévation d'un tour à tourelle horizontale représentant des variantes de positions de l'accéléromètre; - Figure 2, une vue en élévation simplifiée d'un tour à tourelle verticale et des variantes de position du détecteur; - Figure 3, un schéma synoptique du système de dé- 6 - tection de rupture d'outil et un signal de vibration unipo- laire filtré qui a pour résultat un signal de rupture d'outil; - Figure 4, le signal échantilloné et la fenêtre de "fonctionnement moyen"; - Figures S à 8, différents signaux de vibrations analogiques traités; les deux premiers comportent des signa- tures de rupture d'outil majeures et déclenchent une alarme, et les deux seconds représentent des ruptures d'outil mineu- res ou des bruits parasites et n'ont pas pour résultat un signal d'alarme. Les plaquettes rapportées de coupe des tours à travailler les métaux peuvent se briser dans un grand nombre de conditions d'usinage différentes et ces ruptures d'outil produisent un grand nombre de signatures de signal de vibra- tion différentes. Certaines des conditions d'usinage qui affectent la nature de la signature de vibration de rupture d'outil et les caractéristiques de bruits parasites sont en- tre autres le type et la composition précise du matériau de la plaquette rapportée et d'autres facteurs géométriques, les procédés de montage de la plaquette rapportée dans le porte outil. Le dispositif de contrôle de machine-outil ana- lyse le signal de vibration et sépare les signatures de si- gnal provoquées par des ruptures d'outil significatives de celles provoquées soit par des sources de bruits parasites soit par des ruptures d'outil insignifiantes. En général une rupture d'outil produit une signa- ture de vibration en deux parties, une émission acoustique sous forme d'une ou plusieurs pointes de courte durée provo- quées par la fissuration soudaine du matériau de la plaquet- te rapportée, et une variation du signal de bruit de coupe due à un changement des conditions de coupe provoqué- par la coupe différente de la plaquette rapportée brisée par rap- port à la plaquette rapportée non brisée. En ce qui concerne -le premier point, l'émission -7- acoustique provoquée par la fissuration de la plaquette rap- portée, la variation d'état de la plaquette rapportée peut ou ne peut pas modifier les conditions à l'endroit de l'arê- te de coupe. Les conditions de coupe peuvent demeurer in- changées si: a) La fissuration est limitée à une croissance de fissure interne, sans effet sur la surface extérieure de la plaquette rapportée; b) la fissuration s'étend dans les surfaces ex- térieures de la plaquette rapportée mais les morceaux séparés de la plaquette rapportée fissurée ne peuvent tomber du fait des forces de compression des agencements de mon- tage de plaquette rapportée et du processus de coupe; c) la fissuration provoque la chute d'une partie de la plaquette rapportée mais cette partie ne comporte pas de bord de coupe et ne se coince pas contre la pièce de travail. En ce qui concerne le second point, une modifica- tion du signal de bruit de coupe due à une modification des conditions de coupe, ces variations des conditions de coupe peuvent être: a) une diminution de l'épaisseur de coupe due à la perte d'une partie de la plaquette rappor- tée; b) une augmentation de la profondeur de coupe due à un morceau brisé provenant de la pla- quette rapportée et se coinçant contre la pièce de travail; c) une rugosité accrue de la surface de la pièce de travail due à un bord ébréché sur la pla- quette rapportée brisée. Les définitions d'une rupture d'outil notable ou significative peuvent varier avec les objectifs poursuivis 8 - par l'opérateur et la nature des pièces qu'il fabrique y compris des facteurs tels que l'ébauche, une coupe intermé- diaire ou de finition, le degré de surveillance humaine dis- ponible, la valeur de la pièce usinée, etc. Cependant, on considère comme significatif le cas o une rupture menace de provoquer des dégâts immédiats à la pièce ou au porte-outil ou obligera à effectuer une nouvelle coupe. Le détecteur de rupture d'outil doit ignorer toute autre rupture d'outil pour éviter des interruptions non nécessaires du processus de coupe et par conséquent diminuer la productivité. La position de montage du capteur de vibrations pour détecter une rupture d'outil fait l'objet d'une déter- mination propre à chaque machine-outil devant être contrô- lée. Les considérations sont les mêmes que celles qui ont été prises en compte pour un détecteur de contact d'outil et sont expliquées plus en détail dans la demande de brevet français n 85 12627. Il est nécessaire de faire un compromis entre un certain nombre d'objectifs parfois contradictoires dans la sélection et l'évaluation de l'endroit de montage d'un dé- tecteur sur une machine-outil. Parmis ces objectifs, on peut citer les éléments suivants: tout d'abord, le couplage acoustique de la bande des signaux de vibrations contenant l'information sur le signal de rupture d'outil. Ces signaux sont produits à l'interface ou à proximité de cet interface entre la plaquette rapportée de l'outil de coupe et la piè- ce. Avant de pouvoir être détectés, ces signaux doivent se propager vers l'emplacement du détecteur. L'atténuation et la déformation du trajet de propagation sont fonction de la distance et de la géométrie du trajet, et plus particulière- ment du nombre d'interfaces mécaniques entre source et dé- tecteur. En second lieu, il y a l'emplacement des sources de signaux parasites. Certaines sources de signaux parasites sont situées près des sources de signaux souhaités et attei- gnent le détecteur en suivant le même trajet ou des trajets -9- similaires. Cependant, pour toute machine donnée, des sour- ces comme les soupapes hydrauliques, les paliers, et l'équi- pement auxiliaire peuvent présenter d'autres emplacements avec les trajets de propagation plus ou moins favorables jusqu'à un emplacement particulier de montage du détecteur. Il est souhaitable de monter le détecteur là o son couplage acoustique avec les sources de signaux est relativement bon, et o son couplage acoustique avec les sources principales de parasites est relativement mauvais. En troisième lieu, il y a la protection physique du détecteur et de son câblage. Le meilleur emplacement pour le détecteur, s'agissant du couplage acoustique, est probablement sur le porte-outil à proximité du bord de coupe de la plaquette rapportée de l'outil. Cependant, une telle position de montage expose le capteur, son câble, et les connecteurs de câble à un envi- ronnement physique extrêmement hostile en termes de forces, température, et contamination par le fluide de coupe. En quatrième lieu, il y a la minimisation des détecteurs et des canaux de traitement des signaux du détecteur. Dans les ma- chines comportant plusieurs positions de montage du porte outil, la décision de monter le détecteur sur le porte-outil implique un détecteur et un canal de traitement de signal pour chaque position de montage du porte-outil. Cela est ex- trêmement fâcheux. En cinquième lieu, on peut citer la place matérielle dont on dispose, laquelle varie grandement d'une machine à l'autre. Le détecteur et l'ensemble électronique intégré de la présente invention sont matériellement très petits, augmentant les options dont on dispose pour le choix de l'emplacement du montage. Les figures 1 et 2 sont des vues simplifiées de tours à tourelles verticale et horizontale; le système de contrôle peut avoir quelques applications pour d'autres types de machine-outil tels que des fraiseuses, des centres d'usinage et des perceuses. La partie du tour à tourelle ho- rizontale représentée a un bâti de machine 10, une broche - 10 - 11, un mandrin 12, un dispositif de serrage 13 pour mainte- nir la pièce 14, et un poste de commande numérique 15. Une tourelle rotative 16 pour outil comporte plusieurs disposi- tifs porte-outil 17 pour supporter l'ensemble 18 formé par S le porteoutil et la plaquette rapportée. La tourelle 16 est montée sur un support 19, lequel peut à son tour se déplacer le long de deux coulisseaux transversaux 20. Un détecteur de vibrations 21 tel qu'un accéléromètre à bande large est mon- té sur la tourelle 16; ainsi, un seul détecteur dans une position unique de montage peut contrôler n'importe quelle position du porte-outil choisi par l'opérateur pour effec- tuer l'opération de coupe. Cet emplacement de montage four- nira généralement un rapport signal-bruit parasite satisfai- sant. Comme la tourelle peut être animée d'un mouvement de rotation, et dans de nombreuses machines dans une direction seulement, on ne peut connecter électriquement le capteur à un système électronique fixe de traitement de signal par de simples câbles. Un coupleur électrique tournant 22 est la seule façon de transférer le signal électrique sortant du transducteur. En option, on peut monter le détecteur de vi- brations 23 sur le coulisseau, là o le coupleur rotatif n'est pas nécessaire et des tests ont montré qu'on pouvait obtenir ainsi un bon fonctionnement sur certains tours. Que le détecteur soit monté ou non sur la tourelle est une ques- tion qu'on doit résoudre expérimentalement pour chaque ma- chine devant être contrôlée. En figure 2, on a représenté un tour à tourelle verticale et deux emplacements approprié pour le montage du détecteur de vibrations. Les pièces représentées sont les suivantes: le bâti de machine 24, le mandrin 25, le dispo- sitif 26 de serrage de la pièce, la pièce 27, le coulisseau transversal 28, le coulisseau vertical 29, la tourelle rota- tive 30, le dispositif porte-outil 31, et l'ensemble 32 for- mé par le porte-outil et la plaquette rapportée (la commande numérique n'étant pas représentée). Le signal de vibration - il - produit par le détecteur 33 monté sur la tourelle est trans- mis par le coupleur électrique tournant 34 au circuit de dé- tection de rupture d'outil. Un autre emplacement de-montage se trouve sur l'un des coulisseaux de la machine; le détec- teur 35 présente un bon contact acoustique avec le coulis- seau vertical 29. L'approche du détecteur de rupture d'outil consis- te à détecter les vibrations acoustiques de la gamme de 30 à KHz et à utiliser des techniques d'identification des formes pour distinguer du bruit de fond les effets des rup- tures d'outil. On utilise à la fois les émissions acousti- ques produites par la rupture du matériau de la plaquette rapportée d'outil, et les variations du bruit de fond de coupe qui ont leur origine dans les conditions de coupe mo- difiées résultant de la rupture d'outil. La plupart des au- tres détecteurs de rupture d'outil fonctionnent au-dessus de kHz et se concentrent sur la détection de l'émission acoustique provoquée par la rupture d'outil elle-même. Des essais ont montré que ce signal d'émission acoustique n'est pas toujours décelable à cause des effets de masquage par le bruit de fond dans un usinage agressif à forte productivité, et qu!il n'est généralement pas souhaitable d'arrêter le processus de coupe lors d'une émission acoustique non suivie par une modification notable du bruit de coupe. L'approche de la présente invention semble mieux convenir pour un usi- nage agressif à forte productivité o le bruit de fond de coupe est susceptible d'être élevé et o un arrêt sans né- cessité du processus d'usinage est fortement indésirable. En figure 3, on a indiqué les caractéristiques principales du système de détection de rupture d'outil. Le détecteur est un accéléromètre à bande large 36 ayant une réponse plate entre des fréquences très basses et une valeur située juste en-dessous de sa fréquence de résonance dans le voisinage des 30 kHz et au-dessus. Cette résonance est légè- rement amortie, de sorte que le détecteur est le plus sensi- - 12 - ble pour les fréquences situées à quelques kilohertz de sa résonance et que sa sensibilité tombe rapidement pour détec- ter des fréquences très supérieures à la fréquence de réso- nance. Un détecteur de vibrations haute fréquence de ce type est l'accéléromètre Vibrametrics VM1018 (fabriqué par la so- ciété Vibra-Metrics, inc., Hamden, CT). Le signal de vibra- tions est appliqué à un filtre passe-haut 37 ayant une fré- quence de coupure légèrement inférieure à la fréquence de résonance du déteceur de manière à effectuer une discrimina- tion et à atténuer le bruit d'amplitude élevée de la machine qui tend à se concentrer à des fréquences plus basses. La combinaison de l'accéléromètre résonant et du filtre passe haut produit un filtrage passe-bande des signaux de vibra- tions qui favorise les fréquences dans la bande d'environ 20 kHz au voisinage de la fréquence de résonance de l'accéléro- mètre. La combinaison d'un redresseur double alternance et d'un filtre passe-bas (le filtrage est trop important pour une détection réelle de l'enveloppe), agit en détecteur d'énergie double alternance 38, transformant le signal bipo- laire des détecteurs en un signal "enveloppe" unipolaire. La fréquence de coupure du filtre passe-bas est typiquement 500 Hz ou moins, de manière à éviter la formation d'ambiguïtés lors de l'opération ultérieure d'échantillonnage tant que la fréquence d'échantillonnage est bien au-dessus de la fré- quence de Nyquist de 1 KHz. Ainsi, la période d'échantillon- nage peut durer suffisamment longtemps pour effectuer l'ana- lyse numérique nécessaire du signal entre des échantillons analogiques de signal. La fréquence de coupure du filtre passe-bas, peut être en fait aussi faible que 100 Hz. Un exemple de signal unipolaire filtré à la sortie du processeur analogique qui est ou qui contient une signa- ture de vibrations de rupture d'outil majeure est représen- tée figure 3. Le signal de bruit de coupe avant la rupture d'outil est indiqué en 39. Un transitoire de signal dans le - 13 - sens positif de courte durée 40 bien au-dessus du niveau de bruit de coupe antérieur peut être l'émission acoustique provenant de la fissuration de la plaquette rapportée ou peut être dû à un coinçage momentané d'une partie brisée de s la plaquette rapportée contre la pièce de travail. Cela est suivi en 41 par une chute prolongée du niveau de bruit de coupe de fond habituellement du à une diminution notable de la profondeur de coupe après que la pièce de la plaquette rapportée se brise. Les échantillons de signal de la sortie du traite- ment analogique de signal, extraits par l'échantillonneur 42, sont ensuite convertis sous forme numérique par le con- vertisseur analogique-numérique 43 et sont ensuite traités et analysés par le circuit numérique 44 qui peut avoir la forme d'un ordinateur universel programmable. Comme indiqué en figure 3, l'analyse des échantil- lons numériques de signaux se déroule en trois phases prin- cipales. Tout d'abord un nouvel échantillon de signal (en A figure 3) est comparé ave la valeur du signal moyen pour les N échantillons antérieurs, N etant le nombre d'échantillons d'une "fenêtre de fonctionnement" utilisés pour calculer un * niveau de signal moyen de fonctionnement. La figure 4 repré- sente les échantillons sous forme numérique du signal analo- gique traité et la "fenêtre de fonctionnement" moyen. Clas- siquement N sera égal à 16. Si la comparaison du nouvel échantillon avec le niveau de signal moyen de fonctionne- ment, effectué par le détecteur de transitoire 45, indique la présence d'une augmentation transitoire ou brutale du ni- veau de signal qui peut avoir son origine dans une rupture d'outil importante, on enclenche la phase 2 de la procédure d'analyse de signal. La détection dans la phase 1, d'un transitoire de signal qui pourrait avoir son origine dans une rupture d'ou- til n'est pas suffisante pour garantir l'émission d'un si- gnal d'alarme de rupture d'outil. Des expériences ont montré - 14 - que dans certaines conditions normales d'usinage sans ruptu- re d'outil, de nombreuses pointes transitoires ont lieu en temps que signaux de l'accéléromètre, et les caractéristi- ques de ces pointes transitoires recouvrent notablement celles des pointes transitoires engendrées par des ruptures d'outil. En outre, on a constaté que des pointes transitoi- res engendrées par des ruptures d'outil mineures ou insigni- fiantes, qui le plus souvent auraient dues être ignorées lors d'une productivité maximum de la machine outil, ne peu- vent être séparées des autres pointes transitoires créées par une rupture d'outil majeure capable d'endommager la piè- ce de travail. Une discrimination adéquate entre les ruptu- res d'outil et d'autres sources de transitoires et entre les ruptures d'outil majeures et mineures, nécessitent par con- séquent l'utilisation d'une fenêtre de temps qui comporte non seulement le transitoire lui-même mais aussi le niveau de bruit de fond avant et après le transitoire. Ceci est la fonction de la phase 2 de l'analyse de l'échantillon de si- gnal numérique effectué au moyen du détecteur de décalage 46 qui compare le niveau moyen de bruit de fond après la pointe de transitoire (en B figure 3) avec le niveau correspondant immédiatement avant la détection dutransitoire. Le niveau de signal moyen de fonctionnement est calculé en utilisant, par exemple 16 échantillons et on retarde la comparaison après et avant d'une durée suffisamment longue pour que l'amplitude élevée de l'échantillon de signal de transitoire ne soit pas comprise dans la moyenne. La phase 3 de l'analyse de l'échantillon de signal numérique effectuée au moyen du détecteur de vérification de persistance de décalage moyen 47, prend en charge deux pro- blèmes supplémentaires. Tout d'abord, il existe certains cas spéciaux de fonctionnement de la machine qui peuvent, sans rupture d'outil, fournir une pointe transitoire suivie par un déclage du niveau moyen du bruit de fond. Ces opérations (coupe à travers un trou usiné antérieurement et réalisation - 15 - d'une coupe d'ébauche légère sur une surface rugueuse) com- porte une passe dans le métal puis une passe à l'air et en- suite une passe dans le métal. Deuxièmement, il existe aussi certaines opérations d'usinage qui peuvent produire des en- sembles de pointes transitoires de bruit si faiblement espa- cées qu'il est difficile de mesurer le niveau moyen de bruit de fond entre les pointes ou, d'être sûr qu'un niveau moyen calculé ne soit pas artificiellement élevé par les pointes ayant lieu à l'intérieur de la fenêtre moyenne, produisant ainsi une fausse augmentation apparente du niveau moyen de bruit de fond. Ces deux problèmes sont pris en charge par la phase 3 (C figure 3) qui demande qu'un décalage indiqué du niveau moyen du bruit de fond de coupe dure pendant une pé- riode déterminée par l'utilisateur. Cette période peut être réglée pour avoir une durée suffisamment longue pour être sûr qu'un décalage apparent du niveau de bruit de fond ne soit pas provoqué par des pointes de bruit d'intensité quel- conque qui ont été remarquées lors de données expérimentales à ce jour; on peut le régler aussi pour que la durée soit suffisamment longue pour être sûr que le décalage apparent ne soit pas causé par une passe à l'air. Cependant, la pé- riode de confirmation peut être habituellement réglée pour avoir une durée inférieure à la période de révolution de la pièce de travail de sorte qu'on obtient une réponse très ra- pide lors de rupture d'outil sont obtenues. Si le signal satisfait aux essais des trois pha- ses, un signal d'alarme de rupture d'outil 48 est emis. Lorsque l'essai de décalage moyen est négatif, le système rejette le transitoire comme n'indiquant pas une rupture d'outil majeure, et il repart à la recherche d'un autre transitoire de signal dans le sens positif à vérifier. Lors- que l'essai de persistance de décalage moyen est négatif, le système revient en commande du détecteur de transitoire. Les deux critères doivent être satisfaits pour émettre un signal d'alarme. - 16 - Le système de détection de rupture d'outil est conçu pour détecter les signatures de vibrations représen- tées figures 5 et 6 dont les tests ont montré qu'elles étaient associées avec des ruptures d'outil majeures, lors- que les signaux qui sont analysés sont les signaux de sortie unipolaires filtrés du traitement de signal analogique. Le signal de vibration traité de la figure 5 est le même que celui de la figure 3, il a un transitoire de signal de cour- te durée dans le sens positif bien au-dessus du niveau de signal moyen antérieur, suivi par une chute prolongée du ni- veau de signal moyen. Le transitoire de signal dans le sens positif peut être l'émission acoustique provenant d'une fis- suration de la plaquette rapportée, ou peut être du à un coinçage momentané d'une pièce brisée de la plaquette rap- portée contre la pièce de travail. La chute prolongée du si- gnal moyen est habituellement due à une diminution notable de la profondeur de coupe après rupture d'une partie de la plaquette rapportée. Le transitoire dans le sens positif correspond à "suspicion de rupture" ou critère de détection de transitoire de la logique de l'ordinateur, et la chute prolongée du niveau de signal moyen correspond à "suspicion confirmée" ou critère de vérification de persistance. On ob- tient ainsi une bonne performance de détection. La signature d'une rupture importante d'outil tel- le qu'en figure 6 est caractérisée par une augmentation bru- tale prolongée du niveau de signal moyen. L'augmentation peut être due au coinçage d'un morceau brisé de la plaquette rapportée entre ce qui reste de la plaquette et la pièce de travail, ou à une coupe avec un bord ébréché de la plaquette rapportée. L'impulsion d'émission acoustique de fissuration est masquée par le niveau élevé de bruit de coupe anormal.L L'élévation brutale du niveau du signal correspond à la dé- tection du transitoire et au critère de "suspicion de ruptu- re", et le niveau élevé de signal prolongé correspond à la vérification de persistance et au critère "suspicion confir- - 17 - mée". On obtient ainsi une bonne perfomance de détection. Le système de détection de rupture d'outil n'émet pas de signal d'alarme pour les signatures des types repré- sentés figures 7 et 8. La première comporte un transitoire de courte durée dans le sens positif suivi d'un retour au niveau moyen de signal antérieur. Le transitoire peut être provoqué par une émission acoustique due à une fissuration de la plaquette rapportée mais les conditions de coupes ne sont pas affectées pour l'une des raisons décrites ci-des- sus. Le transitoire peut être aussi provoqué par un bruit parasite tel qu'un bruit dynamique de copeaux. Le critère de suspicion de rupture est rempli mais le critère de confirma- tion ne l'est pas. On obtient ainsi une bonne commande de fausse alarme dans le cas de bruits parasites et de ruptures d'outil insignifiantes. Le signal de vibrations traité de la figure 8 com- porte un transitoire dans le sens-positif de longue durée suivi par un retour au niveau de signal antérieur. Le tran- sitoire peut être provoqué par la rupture d'un petit copeau de la plaquette rapportée qui se coince momentanément contre la pièce de travail. Il disparaît avant que des dégâts si- gnificatifs soient réalisés sur la pièce de travail, et le bord de coupe de la plaquette rapportée n'en est pas affec- té. La détection de transitoire et le critère "suspicion de rupture" est positif mais le critère de vérification de per- sistance et de confirmation ne l'est pas. On obtient ainsi une bonne résistance à des signaux d'alarme indésirables lors de rupture d'outil mineures. Le détecteur de rupture d'outil du système de con- tr8le de machine-outil ne nécessite pas un cycle élaboré d'apprentissage pendant lequel il retient les formes d'ondes acoustiques réalisé pendant l'usinage de la pièce. Un niveau utilisable de performances de détection de rupture peut être obtenu sans utiliser une information quelconque sur les cou- pes spécifiques qui doivent être effectuées. Il n'est pas - 18 - nécessaire d'avoir un cycle d'apprentissage ou un cycle de mesures et d'essais de coupes de pièces. Ceci s'oppose à- certains systèmes de détection de rupture d'outils basés sur le contrôle de la puissance de broches ou sur les forces d'outils. De tels systèmes nécessitent que chaque coupe du procédé d'usinage de pièces soit effectuée tandis que le paramètre détecté de puissance ou de forces est contrôlé et enregistré. Ensuite on règle les limites variant dans le temps du paramètre détecté pour chaque coupe et une rupture d'outil est considérée comme ayant eu lieu lorsque le para- mètre détecté se trouve à l'extérieur de ces limites. Ceci nécessite généralement que chaque coupe soit divisée en de nombreuses coupes de faible durée, avec les limites du para- mètre détecté constantes à l'intérieur d'une coupe unitaire mais variant d'une coupe unitaire à l'autre. Un tel système est coûteux à mettre en oeuvre, à la fois en temps de régla- ge et en équipement matériel et logique. Son utilité est gé- néralement limitée aux applications dans lesquelles un grand nombre de pièces identiques doivent être usinées par opposi- tion à celles dans lesquelles de nombreuses pièces différen- tes doivent être usinées. La présente invention repose prin- cipalement sur la détection et l'interprétation de transi- toires et de décalage de niveau du signal de vibrations plu- tôt que le passage de limites absolues et est ainsi capable de fournir une bonne performance de détection de rupture d'outil sans utiliser une quelconque information antérieure sur les coupes particulières qui doivent être effectuées. On peut utiliser le système acoustique de détec- tion de rupture d'outil comme un produit en lui-même ou com- me une option dans une commande numérique de machine-outil. On peut l'utiliser avec un système automatique de changement d'outil. Ce détecteur de rupture d'outil et ce procédé peu- vent être facilement combinés avec un détecteur acoustique de contact d'outil dans un système de détection de rupture d'outil et de contact d'outil. - 19 REVENDICATIONS 1. Système de commande de machine outil pour dé- tecter les ruptures d'outil de coupe lors de l'usinage d'une pièce de travail, caractérisé en ce qu'il comporte: - un détecteur de vibrations à bandes large (36) qui engendre un signal électrique représentant des vibra- tions à l'interface outil-pièce; - des moyens analogiques de traitement de signal comportant un filtre passe-haut (37) pour atténuer les fré- quences plus basses du bruit de la machine, et un détecteur d'énergie double alternance (38) pour redresser et effectuer un filtrage passe-bas du signal; - des moyens (42, 43) pour échantillonner le si- gnal de sortie unipolaire du moyen de traitement analogique et convertir l'échantillon sous forme numérique; et - un circuit numérique (44) comportant des moyens (45) pour comparer chaque échantillon avec le niveau de si- gnal moyen de fonctionnement d'un nombre donné d'échantil- lons antérieurs pour détecter la présence d'un transitoire de signal dans le sens positif qui peut indiquer une rupture d'outil, des moyens (46) pour comparer le niveau de signal moyen après et avant le transitoire pour détecter un décala- ge dans le niveau moyen et une variation notable dans le bruit de fond de coupe, et des moyens (47, 48) pour engen- drer un signal d'alarme de rupture d'outil lorsque le déca- lage dans le niveau moyen persiste pendant une période pré- déterminée. 2. Système de contr6le selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de vibrations est un ac- céléromètre qui est le plus sensible pour des fréquences autour d'une fréquence de résonance qui est supérieure à de KHz. 3. Système de contrôle selon la revendication 2, caractérisé en ce que la combinaison de l'accéléromètre et du filtre passe-haut réalise un filtrage passe-bande qui fa- - 20 - vorise les fréquences dans une gamme au voisinage de la fré- quence de résonance. 4. Système de contr8le selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre passe-bas a une fréquence de S coupure inférieure à 500 Hz pour réaliser un filtrage contre les ambiguïtés à la vitesse d'échantillonnage des moyens d'échantillonnage. 5. Système de détection de rupture d'outil de cou- pe lors de l'usinage d'une pièce de travail, caractérisé en ce qu'il comporte: - un accéléromètre (36) qui est le plus sensible pour les fréquences autour d'une fréquence de résonance et qui est situé sur une machine-outil pour détecter les vibra- tions à l'interface outil/pièce et convertir ces vibrations ainsi que d'autres en un signal électrique; - un préprocesseur analogique comportant des moyens (37) de filtrage passe-haut du signal de vibration pour effectuer une discrimination par rapport aux bruits basse fréquence de la machine, et des moyens (38) pour réaliser un filtrage passe-bas ce signal pour détecter l'énergie dans une bande autour de la fréquence de résonance; - des moyens (42, 43) d'échantillonnage du signal de sortie unipolaire du préprocesseur analogique et de con- version de chaque échantillon sous forme numérique; - un circuit numérique (44) pour détecter des rup- tures d'outil majeures capables d'endommager la pièce de travail et empêcher les fausses alarmes lors de ruptures d'outil mineures et de bruits parasites; le système numéri- que comportant des moyens de calcul du niveau de signal moyen de fonctionnement pour un nombre déterminé d'échantil- lons, un détecteur de transitoire (45) pour comparer chaque nouvel échantillon, avec le signal moyen de fonctionnement et détecter une augmentation transitoire dans le niveau du signal qui peut avoir son origine dans une rupture d'outil majeure, un détecteur (46) de décalage moyen pour comparer 21 - le niveau de signal moyen après et avant le transitoire pour détecter un décalage dans le bruit de coupe de fond, et des moyens (47, 48) pour vérifier que ce décalage moyen persiste pendant une période donnée et donc engendrer ensuite un si- gnal d'alarme de rupture d'outil. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le détecteur de décalage moyen (46) renvoie la commande au détecteur de transitoire pour rechercher un autre transitoire après échec de détection du décalage moyen. 7. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen (47) renvoit la commande vers le détec- teur de transitoire pour recherche un autre transitoire après échec de satisfaction du critère de vérification de persistance de décalage moyen. S15 8. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la fréquence de résonance de l'accéléromètre est supérieure de 30 KHz. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le filtre passe-bas a une fréquence de coupure in- férieure à 500 Hz pour réaliser un filtrage contre les ambi- guïtés à la vitesse d'échantillonnage du signal du moyen (42) d'échantillonnage. 10. Procédé de détection de rupture d'outil capa- ble d'endommager la pièce de travail, caractérisé en ce qu'il consiste à: - détecter les vibrations d'une plaquette rappor- tée d'outil de coupe pendant une opération d'usinage et con- vertir ces vibrations ainsi que d'autres vibrations de la machine-outil en un signal électrique; - effectuer un prétraitement du signal de vibra- tion par un filtrage passe-haut pour réaliser une discrimi- nation contre le bruit basse fréquence de la machine, et re- dresser et effectuer un filtrage passe-bas pour détecter l'énergie du signal, le signal de sortie comportant un tran- sitoire dans le sens positif qui peut indiquer une rupture - 22 - d'outil majeure; - échantillonner le signal de sortie et convertir chaque échantillon sous forme numérique; - détecter le transitoire en comparant chaque échantillon avec le niveau de signal moyen de fonctionnement de N échantillons antérieurs, comparer le niveau de signal moyen après et avant chaque transitoire pour détecter un dé- calage moyen et rejeter tout transitoire qui n'est pas suivi par une modification notable du bruit de fond de coupe, vé- rifier que le décalage moyen persiste pendant une période donnée et rejeter tout transitoire ne correspondand pas à ce second critère, et engendrer un signal d'alarme de rupture d'outil lorsque les deux critères sont satisfaits.