Brevet FR2598108A1 — publié le 19871106

La présente invention concerne un procédé de commande des déplacements d'une téte porte-outil par rapport à un bord d'une pièce métallique, par des moyens de commande informatises. Elle concerne également une machine-outil pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans de nombreuses opérations d'usinage de pièces, de découpage, ou encore de traitement de surface, l'outil utilisé effectue des déplacements qui sont fonctions de la position du bord de la pièce. Par exemple, lorsqu'une tôle a été découpée par oxydécoupage, il convient d'ébavurer le bord découpé, ce qui se fait habituellement à la main au moyen d'une meule à disque. Dans ce cas, c'est l'ouvrier portant la meule qui effectue le suivi du bord. Pour des raisons de commodité et de productivité, il serait souhaitable de disposer d'une machine-outil capable d'effectuer cet ébavurage de manière automatique. On connaît des machines à commande numérique qui sont utilisables pour une telle application, pourvu qu'on leur introduise en mémoire sous une forme numérique le tracé du bord de la pièce. Toutefois, la complexité de cette opération augmente rapidement avec la complexité de forme de la pièce et cela nécessite l'intervention d'un personnel spécialement qualifie. Un tel procédé n'est rentable que pour une fabrication en série. Une autre solution consiste à utiliser un robot qui déplace l'outil le long du bord de la pièce en détectant continuellement la position de ce bord a l'aide de détecteurs de proximité par contact ou de palpeurs, c'est-a-dire des détecteurs du type "tout ou rien" délivrant un signal de sortie valant 1 ou O. Cependant, une telle méthode nécessite tout de meme la mémorisation de la forme générale du bord. En outre, les détecteurs de ce genre sont exposés à une usure par les bords des pièces et à diverses détériorations résultant de la proximité de l'outil. Par conséquent, la présente invention a pour but de fournir un procédé et une machine-outil présentant une grande simplicité de mise en oeuvre et permettant de traiter une pièce au moyen d'un outil qui est déplacé automatiquement le long d'un bord de forme quelconque de la pièce, ou d'un bord à un autre sur une surface de la pièce, sans qu'il soit nécessaire d'enregistrer au préalable dans la machine le contour de la pièce. Dans ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on détecte continuellement la position relative de la tête porteoutil par rapport au bord de la pièce au moyen d'au moins un détecteur analogique de proximité qui est associe à cette tete, et en ce que l'on commande les déplacements de la tête en fonction des signaux fournis par ce détecteur. Par rapport aux dispositifs connus, l'utilisation d'un détecteur analogique de proximité pour repérer la position du bord de la pièce présente plusieurs avantages remarquables. Le détecteur n'a pas besoin d'entrer en contact avec la pièce et il peut même fonctionner en restant á une certaine distance de la surface de cette pièce. Son signal analogique de sortie est représentatif de la distance entre le bord et le détecteur, ce qui permet de corriger dans une mesure appropriée les déplacements de la tête porte-outil. D'autre part, pour ce genre d'applications, on trouve sur le marché des détecteurs de ce type qui sont simples et très fiables. Selon une forme preferée du procédé, dans laquelle on effectue un suivi du bord de la pièce par la tête porte-outil, on détermine la direction locale du bord au moyen du détecteur de proximité, on commande un déplacement de la tête dans cette direction, puis on corrige la direction de déplacement en fonction de l'amplitude des signaux de détection quand ceux-ci indiquent que la tête s'écarte du bord. Avec un seul détecteur de proximité, on peut déterminer la direction. locale du bord sur la base d'au moins deux positions successives du détecteur. En outre, on peut orienter la tête porteoutil en fonction de la direction locale du bord. De préférence, on place préalablement la tête porte-outil au-dessus de la pièce a distance de son bord, puis on commande un déplacement initial de cette tête en direction de ce bord Jusqu'à ce que le détecteur indique que la tête a atteint le bord, et l'on effectue ensuite le suivi automatique du bord. Ainsi, la tête peut être amenée automatiquement Jusqu'au bord à partir d'un point quelconque, situé sur la plaque a ébavurer. Dans une autre forme du procédé, dans laquelle la tête porte-outil effectue un balayage d'une surface de la pièce suivant une série de lignes parallèles, ladite surface étant entourée par ledit bord, on mémorise des positions de la tête porte-outil située en regard du bord de la pièce, quand ladite tête se trouve dans ces positions, et l'on amène ensuite la tête successivement dans ces positions pour définir les débuts des lignes de balayage respectives. Dans les différentes formes du procédé, ladite pièce peut être un gabarit métallique utilisé pour définir le contour d'une pièce non métallique associée å ce gabarit et destinée à être traitée au moyen de ladite tête porte-outil. Selon un autre aspect, la présente invention concerne une machineoutil pour la mise en oeuvre du procédé défini plus haut, cette machine comportant un bras mobile doté de moyens de déplacement et de positionnement, une tête porte-outil montée sur ce bras de manière à pouvoir être déplacée au moins dans un plan en regard d'une surface d'une pièce á travailler, au moins un détecteur de proximité monté sur la tête porte-outil pour détecter un bord de ladite surface de la place, et des moyens de commande informatisés pour commander la machine en fonction d'un programme et des signaux fournis par le détecteur de proximité. Cette machine est caractérisée en ce que ledit détecteur de proximité est du type analogique, délivrant un signal qui varie de manière continue avec la distance séparant ce détecteur du bord de la pièce. De préférence, le détecteur de proximité est un détecteur à induction, et ladite pièce est en métal. Ainsi, lorsqu'une meuleuse a disque est montée sur la tête porte-outil, le disque de cette meuleuse peut être disposé entre le détecteur de proximité et ladite surface de la pièce. L'invention s'étend également a l'utilisation d'une machine-outil telle que définie ci-dessus, pour l'ébarbage des bords de pièces en tale. L'invention et ses avantages seront mieux compris a l'aide de la description d'une forme préférée de réalisation, donnée ci-dessous a titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, dans lesquels La figure 1 est une vue en plan d'une machine-outil selon l'invention, équipée d'une meuleuse å disque et utilisable comme ébarbeuse, La figure 2 est une vue en élévation d'une partie de la machine de la fig. 1, La figure 3 est une vue partielle en coupe verticale suivant la ligne III-III de la fig. 1, et La figure 4 est un diagramme représentant un signal analogique de détection. En référence aux figures 1 et 2, la machine représentée comprend un robot a bras articulé 1, 2 de type connu, l'extrémité du bras étant équipée d'une tête porte-outil 3 qui porte, dans le cas présent, une meuleuse a disque 4 a moteur pneumatique. Le bras articulé s'étend horizontalement et comprend un bras de base 1 et un avant-bras 2 qui sont raccordés l'un a l'autre par un coude articulé 5 a axe vertical 6. Le bras de base 1 est monte sur un ensemble a pivots 7 a axe vertical 8, l'ensemble 7 étant pourvu d'une base 9 fixée au sol. Les mouvements de pivotement des éléments 1 et 2 du bras autour des axes 6 et 8 sont obtenus dans chacune des articulations 5 et 7 au moyen d'un moteur électrique 10 associé a un tachymètre, à un codeur incrémental et a un réducteur 11, pour produire les mouvements par l'intermédiaire d'un accouplement a limiteur de couple 12. Des vérins pneumatiques (non représentés) permettent un positionnement précis par le rattrappage du Jeu. Ce positionnement du bras est contrôlé de manière connue par les moyens de commande informatises du robot, à l'aide du codeur et de détecteurs de fin de course installés dans chaque articulation. Comme le montre la fig. 1, le bras peut ainsi pivoter autour de l'axe 8 suivant un angle A qui peut aller dans le cas présent Jusqu'a 240', tandis que l'avant-bras 2 peut pivoter autour de l'axe 6 du coude selon un angle B allant Jusqu'a 180'. La tête porte-outil 3 est montée à l'extrémité libre de l'avant-bras 2 de manière å pouvoir pivoter autour d'un axe vertical 13, sous l'effet d'un moteur électrique 14 associé a un réducteur 15. Dans ce réducteur, la tête 3 est montée de manière à pouvoir coulisser verticalement avec une course C, comme le montre la fig. 3. Dans ce but, la tête 3 comporte un élément tubulaire vertical 16 pourvu de cannelures d'entraînement en rotation 17 situées a l'intérieur du réducteur 15. L'extrémité supérieure de l'élément 16 est supportée par un manchon 18 par l'intermédiaire d'une butée a aiguilles 19, ce manchon étant porté par l'extrémité d'un bras de commande 21 dont l'autre extrémité est articulée sur l'avant-bras 2 par l'entremise d'une bielle 22. Un capot de protection 23 recouvre ce mécanisme. Le bras de commande 21 et avec lui la tête 3 sont positionnés verticalement au moyen d'un vérin éîectrique 24 prenant appui sur une vis de butée 25 par l'intermé- diaire d'une butée en matière synthétique 26 montée a l'extrémité de la tige 27 du vérin. Normalement, le vérin 21 est rappelé élastiquement vers le bas par un vérin pneumatique 28 qui le relie a l'avantbras 2.Ce montage Jumelé des vérins 24 et 28 assure a la fois un positionnement précis de l'outil, une force d'appui sensiblement constante sur la pièce a travailler, ainsi qu'un Jeu élastique de la position de l'outil si celui-ci est soulevé par des inégalités superficielles de la pièce. Bien entendu, la position verticale de la tête porte-outil 3 est contrôlée par les organes de commande de la machine, au moyen d'un détecteur qui n'est pas représenté et qui peut être associé au vérin électrique 24. La tête porte-outil 3 comporte un corps 31 qui est fixe a l'extrémité inférieure de l'élément tubulaire 16, un support fileté 32 disposé a travers un alésage du corps 31 et prévu pour être vissé au bati de la meuleuse 4, et des bagues filetées 33 et 34 servant a bloquer le support 32 dans le corps 31.Ce montage permet le pivotement a 90' de la meuleuse autour de l'axe' du support 32 afin de faciliter le remplacement du disque de meulage 40 après usure. Un détecteur 36 est monté sur le manchon 18 pour indiquer l'orientation de la tête 3 par rapport a l'avant-bras 2. L'air comprime actionnant le moteur de la meuleuse 4 est fourni par une conduite d'alimentation raccordée au manchon 18. Par un Joint tournant 37, il parvient a l'intérieur de l'élément tubulaire 16, puis dans des conduits 38 et 39 ménagés å l'intérieur de la tête 3. Au-dessus du disque 40 de la meuleuse, la tête porte-outil 3 est munie d'un support 41 sur lequel est monté un détecteur de proximité a induction 42 qui est raccorde électriquement, par des lignes non représentées, aux organes de commande informatisés de la machine. Dans l'exemple décrit ici, il s'agit par exemple d'un détecteur du type DL 84 CP de la société Balogh, utilisé généralement pour détecter la proximité d'une pièce en acier ou en un autre métal. Ce métal peut être ferreux ou non ferreux. Les courbes de réponse du détecteur seront différentes dans chacun des cas. Le détecteur mentionné cidessus fournit un signal en tension. Pour éviter des erreurs dues aux parasites, on blinde, de manière connue en soi, le cable qui transmet le signal.On peut également utiliser des détecteurs de proximité fournissant un signal en courant, tels que Ceux commercialisés par la société Télemécanique. Le détecteur 42 est placé de telle manière que son axe vertical se trouve, par rapport å l'outil constitué par le disque 40 de la meuleuse, a la verticale de la position idéale du bord 44 d'une pièce de tôle 45 (fig. 1). Sur la fig. 3, on a représenté en traits mixtes le niveau maximum 46 et le niveau minimum 47 de la partie utile du disque 40, la surface supérieure de la pièce 45 devant évidemment se trouver entre ces deux niveaux. La position inférieure 47 du disque, représentée en traits interrompus, correspond å la course maximale C de la tête 3 et de son élément tubulaire 16.Pour le travail d'ébarbarge décrit ci-dessous, la meuleuse 4 est montée en position inclinée, le disque 40 formant avec la surface de la pièce a travailler un angle D qui est sensiblement égal a 8'. Sur la fig. 4, la courbe 48 représente de manière typique la variation du signal de sortie analogique S du détecteur de proximité 42, en fonction de la distance horizontale E entre le détecteur et le bord 44 de la pièce métallique 45, représentée schématiquement en coupe. On remarque que lorsque la pièces est proche du capteur, la tension de sortie diminue et lorsqu'elle est éloignée du capteur la tension de sortie augmente. Cette variation est linéaire avec-une certaine tolérance, sur une distance déterminée par rapport au bord de la pièce. Pour une hauteur différente du capteur par rapport a la pièce, la sortie reste linéaire, mais la pente est plus au moins accentuée en fonction de cette hauteur. Le signal S est alors utilisé de la manière suivante : On prend comme valeur de référence la valeur SO du signal de sortie du capteur correspondant à une position dans laquelle la moitie de la surface de ce dernier est recouverte par la pièce et lorsque la hauteur du capteur par rapport å la pièce a une valeur donnée. Le mouvement de rotation du porte-outil 3 autour de l'axe 13 sera asservi de manière a ramener le capteur dans une position pour laquelle la valeur du signal de sortie est égale å SO. il en résulte un suivi du bord de la pièce métallique 44. Pour effectuer un meulage automatique de la surface de la pièce 45 voisine du bord 44, par exemple après le découpage de ce bord, la machine décrite ci-dessus est utilisable avec un programme de commande automatique sans qu'il soit nécessaire de mémoriser la forme et la position du contour de la pièce. Tout d'abord, la tête porte-outil 3 est amenée au-dessus d'un point de départ quelconque P, situé à distance du bord 44 de la pièce. De préférence, la pièce de tôle 45 recouvre le point P, ce qui permet à la machine de reconnaître le niveau de sa surface supérieure en abaissant la tête 3 Jusqu'a ce que le disque 40 de la meuleuse touche cette surface. Ce niveau de réfé- rence est alors mémorisé par la machine en tant qu'origine de la coordonnée verticale, ce qui a notamment pour effet de compenser automatiquement l'usure qui est survenue sur le disque 40 lors des opérations précédentes. Ensuite, le programme commande une légère remontée de la tête 3 puis un déplacement latéral selon la flèche F par un pivotement de l'avant-bras 2 autour de l'axe 6, Jusqu'à ce que le signal délivré par le détecteur analogique 42 indique la proximité du bord 44 de la tôle.Le programme commande alors la mise en route de la meuleuse 4, l'abaissement de la tête 3 jusqu'au niveau enregistré précédemment, ce niveau étant fixé par le vérin électrique 24 lorsque sa butée 26 est appuyée contre la vis 25, il mémorise la position de ce point initial du bord 44, puis il commande un suivi automatique du bord 44 par la tête 3 en exploitant uniquement les signaux transmis par le détecteur analogique de proximité 42. Dès que l'axe 43 du détecteur 42 s'écarte du bord 44, son signal de sortie S indique le sens et l'amplitude de cet écart, de sorte que les organes de commande de la machine peuvent calculer et commander une correction de déplacement propre à ramener le détecteur a la verticale du bord. Chaque fois que le détecteur se trouve dans une telle posi tion idéale, son emplacement peut etre mémorisé provisoirement.Après un nouveau déplacement de la tête de travail, le prochain emplacement idéal de l'axe du détecteur est également mémorisé et il est comparé å l'emplacerent précédent, ce qui permet de calculer la direction locale du bord 44 et de placer la tête de travail 3 et la meuleuse 4 dans une orientation prescrite par rapport a ce bord, par exemple de manière que la tangente au bord du disque 40 soit perpendiculaire au bord 44 de la pièce dans la zone ou le disque touche la pièce. A cet effet, les organes de commande font pivoter la tête 3 au moyen du moteur 14 et du réducteur 15.Ces opérations d'orientation peuvent aussi se faire a des intervalles de temps prédéterminés, en tenant compte dans les calculs de l'écart E entre le détecteur et le bord. Lorsque le contour complet de la pièce 45 a été parcouru, les organes de commande identifient un retour au point de départ et ils peuvent commander un retour du bras en position d'attente et un arrêt de la machine. On remarque qu'un tel procédé est applicable sans aucune modification de la programmation a une pièce plane présentant un contour fermé quelconque. Avec un programme différent et un outil spécifique, la même machine est utilisable pour effectuer un traitement dans lequel la tête porte-outil 3 doit balayer toute la surface supérieure de la pièce, sans dépasser sensiblement le contour 44 de cette surface. Dans ce cas, le détecteur analogique 42 est utilisable de deux manières différentes. Une première méthode consiste à effectuer un suivi du bord 44 a l'aide du détecteur 42, comme décrit ci-dessus, de mémoriser le tracé de ce bord, puis de calculer les positions des extrémités d'une série de lignes de balayage parallèles. Les organes de commande peuvent ensuite commander automatiquement le traitement en balayant lesdites lignes d'une extrémité à l'autre. Une autre méthode consiste à amener la tête de travail en un point initial du bord, à mémoriser temporairement la position de ce point et a balayer la surface suivant une première ligne Jusqu'à ce que le détecteur 42 indique que l'autre bord de la pièce est atteint. Le programme calcule alors automatiquement la position approximative d'un point initial d'une nouvelle ligne de balayage à proximité de lune des deux extrémités de la ligne précédente et il amène la tête 3 sur ce nouveau point. Selon le signal fourni par le détecteur 42, il opère un déplacement de correction Jusqu'à ce que la tête se trouve å l'aplomb du bord, position qui est alors enregistrée comme nouveau point initial, et le balayage se poursuit de la même manière. il faut noter que le procédé selon l'invention est applicable dans un grand nombre d'opérations industrielles et avec des outils très divers, par exemple pour meuler, fraiser, grenailler, décaper, etc des pièces métalliques le long d'un bord ou sur la surface délimitée par ce bord. Le procédé est également applicable pour guider un outil sur une pièce non métallique, par exemple une pièce de tissu, de matière plastique ou de bois, si l'on place cette pièce sur un gabarit en tôle dont le bord est détecté par le détecteur analogique. On peut ainsi découper automatiquement, par exemple au moyen d'un faisceau laser, des pièces isolées ou des séries de pièces en suivant la forme du gabarit. Revendications 1. Procédé de commande des déplacements d'une tête porte-outil par rapport å un bord d'une pièce métallique, par des moyens de commande informatises, caractérisé en ce que l'on détecte continuellement la position relative de la tête porte-outil par rapport au bord de la pièce au moyen d'au moins un détecteur analogique de proximité qui est associé a cette tête, et en ce que l'on commande les déplacements de la tête en fonction des signaux fournis par ce détecteur. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on effectue un suivi du bord de la pièce par la tête porte-outil, caractérisé en ce que l'on détermine la direction locale du bord au moyen dudit détecteur de proximité, en ce que l'on commande un déplacement de la tête dans cette direction, et en ce que l'on corrige la direction du déplacement an fonction de l'amplitude des signaux de détection quand ceux-ci indiquent que la tête s'écarte du bord. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on détermine la direction locale du bord sur la base d'au moins deux positions successives du détecteur de proximité. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on oriente la tête porte-outil en fonction de la direction locale du bord. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on place préalablement la tête porte-outil au-desssus de la pièce à distance de son bord, et en ce que l'on commande un déplacem#ent initial de cette tête en direction de ce bord Jusqu'à ce que le détecteur indique que la tête a atteint le bord, et en ce que l'on effectue ensuite le suivi automatique du bord. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la tête porte-outil effectue un balayage d'une surface de la pièce suivant une série de lignes parallèles, ladite surface étant entourée par ledit bord, caractérisé en ce que l'on mémorise des positions de la tête porte outil situées en regard du bord de la pièce, quand ladite tête se trouve dans ces positions, et en ce que l'on amène ensuite la tête successivement dans ces positions pour définir le début des lignes de balayage respectives. 7. Procédé selon lune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite pièce est un gabarit métallique utilisé pour définir le contour d'une pièce non métallique associée à ce gabarit et destinée à être traitée au moyen de ladite tête porteoutil. 8. Machine-outil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant un bras mobile (1, 2) doté de moyens de déplacement et de positionnement, une tête porte-outil (3) montée sur ce bras de manière à pouvoir entre déplacée au moins dans un plan en regard d'une surface d'une pièce a travailler (45), au moins un détecteur de proximité (42) monté sur la tête porte-outil pour détecter un bord 9. Machine-outil selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit détecteur de proximité est un détecteur à induction (42), ladite pièce (45) étant en métal. 10. Machine-outil selon la revendication 9, dans laquelle une meuleuse à disque (4) est montée sur la tête porte-outil, caractérisée en ce que le disque (40) de cette meuleuse est disposé entre ledit détecteur de proximité (42) et ladite surface (46) de la pièce. 11. Utilisation d'une machine-outil selon la revendication 8, pour l'ébarbage des bords de pièces de tôle.