Brevet FR2593103A1 — publié le 19870724

Machine-outiL comprenant un ensemble d'observation optique de l'outil. L'invention est relative aux machines-outils munies d'un dispositif de réglage de la position de L'outil, permettant de pLacer un nouvel outil à l'emplacement exact désiré ou encore de regler de nouveau la position d'un outil après plusieurs heures de fonctionnement. On connait déjà des bancs de réglage, qui sont distincts des machines-outils, et qui, par conséquent, ne permettent pas le réglage direct sur la machine-outil elle-meme, ni la surveillance de L'usure de l'outil sans démontage de celui-ci de la machine-outil sur laquelle il est initialement monté. Cet état de fait est un inconvénient des dispositions connues, car engendre des pertes de temps, et parfois des pertes de pièces usinées. C'est pour remédier à cet état de choses que L'invention propose de nouvelles dispositions dans lesquelles les opérations effectuées jusqu a maintenant aux bancs de réglage sont supprimées. L'invention est donc relative à une machine-outil comprenant un bâti sur lequel un outil est susceptible d'être monté, et comprenant également, sur ce bâti, un emplacement d'usinage d'une pièce à usiner. Cette machine-outil comporte en outre un ensemble d'observation optique de l'outil, ainsi qu'un dispositif de réglage des positions relatives de l'outil par rapport à l'emplacement d'usinage et par rapport à l'ensemble d'observation optique, apte, d'une part, de manière connue en soi, à disposer ledit outil audit emplacement d'usinage, d'autre part, de disposer l'un par rapport à l'autre, L'ensemble d'observation optique et l'outil dans une position relative d'observation dudit outil par ledit ensemble d'observation optique. Les avantageuses dispositions suivantes sont, en outre, de préférence adoptées - l'outil est monté sur une tourelle porte-outil, qui est montée sur un support monté sur le bâti de la machine outil et qui est susceptible d'occuper au moins deux positions distinctes par rapport audit support, cependant que d'une part, ensemble d'observation optique est monté sur le support de la tourelle porte-outil, et que d'autre part, dans une première des deux dites positions de la tourelle par rapport à son support, l'outil est susceptible d'être placé audit emplacement d'usinage, alors que, dans la deuxième de ces deux positions de la tourelle par rapport à son support, l'outil est susceptible d'être placé dans sa dite position d'observation par l'ensemble d'observation optique ;; - Le support de la tourelle est constitué par un chariot qui est mobile par rapport au bâti de la machine ; - l'ensemble d'observation optique comprend un instrument d'optique, tel qu'une caméra, munie d'un objectif et comprend également un boîtier de protection, à l'intérieur duquel est placé ledit instrument d'optique, et qui est muni, en regard dudit objectif, d'une fenêtre à laquelle est adapté un volet obturateur susceptible, sélectivement, de masquer et de démasquer ladite fenêtre ; - l'ensemble d'observation optique comprend en outre une pluralité de fibres optiques ayant des extrémités éclairantes qui sont disposées en couronne autour de l'objectif de l'instrument d'optique. L'intérêt des nouvelles dispositions proposées est de permettre aussi bien le réglage de la position d'un outil déjà monté sur une machine-outil, que d'en vérifier l'état, notamment l'état d'usure sans devoir les démonter. L'invention sera mieux comprise, et dite caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la description d'une réalisation donnée ci-dessous à titre d'exemple. IL est entendu que la description et les dessins ne sont donnes qu'à titre indicatif et non limitatif. Il sera fait référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue simplifiée de l'arête coupante d'un outil de coupe ; - la figure 2 est le schéma d'une machine-outil conforme à l'invention ; - la figure 3 est une vue d'un tour conforme à L'invention ; - la figure 4 est une vue, partiellement en coupe, de C'ensemble d'observation optique dont est muni le tour de la figure 3 ; - ta figure 5 est une section suivant V-V de la figure 4 ; - les figures 6, 7 et 8 représentent en coupe, respectivement, le contour réel de l'arête de coupe d'un outil, le contour déduit par l'observation par l'ensemble d'observation de la machine-outil, et, la définition précise des bords de l'arête de coupe ;; - la figure 9 montre la manière par laquelle la machine-outil définit la position de l'arête de coupe par rapport à un système de référence de position lié à cette machine-outil ; - la figure 10 représente une vue em élévation de l'outil, montrant la plaquette d'usinage observée par l'ensemble d'observation de machine-outil ; - la figure Il définit le bord de la plaquette d'usinage de la figure 10 ; - les figures 12 et 13 représentent les vues observées de la plaquette dans les cas respectifs de l'adhérence d'un copeau sur l'arête de coupe, et du bris d'une partie de cette arête de coupe ; et, - la figure 14 montre la définition, par la machine-outil, du contour intérieur de la bande d'usure (VB) ; et, - les figures 15 et 16 sont des diagrammes représentant les critériums d'usure moyenne et maximale d'un outil. La figure 1 permet de définir les dimensions utilisées dans la mesure de L'usure d'un outil de coupe. La bande d'usure est VB. Après avoir réalisé une empreinte 1 sur le côté de l'outil, à proximité d'un premier (2) de ses bords, il est possible de mesurer la distance de référence REF de cette empreinte 1 au deuxième bord (3) dudit côté de l'outil. La figure 2 rappelle les divers constituants d'une machine-outil, en L'espèce un tour, conforme à l'invention . On y retrouve le tour lui-meme 4, son porte-outil 5, l'outil 6, son dispositif de fixation 7 sur le tour, un ensemble 8 d'observation optique porté par le tour, et un ensemble de traitement informatique 9. L'ensemble d'observation optique 8 est plus particulièrement détaillé en regard de la figure 4, comprenant notamment une caméra 10. L'ensemble de traitement informatique 9 comprend une carte 11 d'acquisition et de conversion en données numériques de données analogiques ("digitalisation") et un écran 12 permettant de contrôler l'image observée par la caméra, tous deux reliés (lIa et 12a) à la caméra 10, un ordinateur 13 relié (13a) à la carte 11 et auquel est reliée (14a) une imprimante 14. La figure 3 représente le tour 4 muni de son bâti 15, de son chariot 16, mobile (flèches F et G) par rapport au bâti 15, de la tourelle porte-outils 17, montée sur te chariot 16, d'un outil 6, monté sur la tourelle 17 et d'une pièce à usiner 18, fixée sur le bâti 15. En outre, l'ensemble 8 d'observation optique est monté sur le chariot 16, à proximité de l'outil 6, et pivotant autour d'un axe horizontal 19 afin de pouvoir occuper deux positions particulières, l'une permettant l'observation effective de l'outil, l'autre permettant au contraire l'usinage de la pièce à usiner 18 par l'outil 6. L'ensemble 8 d'observation optique est représenté sur les figures 4 et 5 et est constitué par : - un carter de protection 20, muni d'une plaque d'obturation 21 d'une ouverture 22, qu'il comporte ; - un axe de pivotement 23 de montage à pivotement de la plaque 21 sur le carter ; - un dispositif (24) de réglage (pneumatique) du pivotement de ladite plaque d'obturation 21, qui permet à cette plaque, soit d'obturer l'ouverture 21 et de protéger les organes contenus dans le carter 20, soit au contraire de démasquer l'ouverture 22 ; - la caméra 10, qui est contenue dans te carter 20 et y est maintenue par son support 25 ; - l'objectif 26 de la caméra, qui est placé en regard de l'ouverture 22 ; - une couronne-support 27, qui entoure l'objectif 26 et supporte les extrémités 28 des fibres optiques 29 ; et, - un câble 30, qui relie le carter 20 à des sources d'énergie électrique, lumineuse ; la caméra 10 à la carte d'acquisition 11 et à l'écran 12 ; et, un conduit 31 de gaz comprimé à une source de gaz comprimé; lesdites fibres optiques 29, le conduit 31 et les conducteurs électriques 32 d'alimentation de la caméra 10 étant contenus dans ledit câble 30. La machine-outil, qui vient d'être décrite, permet le réglage de la position de l'outil et l'observation de son arête de coupe et la vérification de son usure suivant les procédés exposés ci-après. En vue de régler la position de l'outil sur la machine-outil elle-même, l'arête de coupe, constituée par deux faces planes 33,34 séparées par un angle A et raccordées par une face arrondie 35, formant la pointe de ladite arête de coupe, est illuminée de face (figure 6) par des rayons lumineux - cette image est analysée ligne par ligne dans le sens des flèches 36. L'image observée par la caméra 10 est analysée grâce à la carte d'acquisition 11 et le contour des faces 33,34 et 35 de l'arête de coupe est défini point par point (figure 7). La coopération de l'ordinateur 13 et de la carte d'acquisition 11 rend possible une définition de plus en plus précise en effectuant une ou plusieurs régression (s) linéaire (s) des points définissant chacune desdites faces 33, 34 et 35 jusqu'à obtenir la définition désirée desdites faces 33 et 34 (figure 8).Il est alors aisé de déterminer la position de la pointe de l'outil (face 35 ; figure 9) connaissant la valeur du rayon R de cette face. 35 ainsi que l'intersection P des deux droites de régression D33 et D35, qui définissent les faces 33 et 34 observées par la caméra 10. Ayant déterminé la position réelle actuelle de la pointe de l'outil et ayant introduit cette donnée dans l'ordinateur 13, il est aisé de comparer cette valeur à la position théorique, également connue par l'ordinateur, et d'effectuer de manière automatique les corrections de position de l'outil 6, en utilisant, par exemple et de préférence, la commande numérique de la machine-outil. En vue de contrôler l'état de l'arête de coupe de L'outil et de sa plaquette d'usinage, notamment l'état d'usure, lesdites arête et plaquette sont illuminées perpendiculairement à la face d'usure, la plaquette d'usinage 38 apparaissant en cl-air (hachures de la figure 10) sur fond sombre (zone non hachurée de la même figure). Les lignes 37 indiquent le sens d'analyse de l'image. De manière analogue à ce qui a été noté en regard de la figure 6, on détermine la succession de points 39 permettant de définir l'arête de coupe elle-meme 35 (figure 11). De même, le contour intérieur de la bande d'usure Va de la plaqette d'usinage 38 est déterminé point par point (figure 14). IL est aisé d'observer, le cas échéant, soit (figure 12) une protubérance de l'arête 35, indiquant le collage d'un copeau d'usinage sur cette arête 35, soit (figure 13) au contraire une dépression 42 de l'arête 35, indiquant un bris localisé de l'arête 35. De manière analogue, l'usure de la plaquette d'usinage peut être mesurée et observée sans devoir démonter l'outil de la machine-outil, en mesurant Les valeurs Va des images des figures 12 et 13. On peut ainsi classer les largeurs de bandes d'usure Va en fonction du pourcentage du nombre de mesures relevées dans chaque classe VB (en millimètre par exemple) : voir figures 15 et 16 deux diagrammes distincts. Avec une usure telle que celle représentée par le diagramme de la figure 15, on constate une régularité de l'usure : la plaquette 38 doit être changée lorsque VB mesurée est égale à la valeur VB moyenne recommandée par le fabricant de plaquettes. Lorsqu'au contraire l'usure est irrégulière (figure 16), la plaquette doit être changée lorsque VB Maximale mesurée est égale à la valeur VB Maximale recommandée par le fabricant de plaquettes On constate donc que grâce à la conception de l'ensemble d'observation optique 8 et à son montage intégré sur la machine-outil elle-même, il est maintenant possible de - régler directement sur la machine-outil la position de l'outil, sans passage à un banc de réglage distinct de la machine ; - observer, pour remédier à ces anomalies éventuelles, l'arête de coupe 35 de l'outil, sans avoir la nécessité de la démonter de la machine-outil, et par exemple intervenir très tôt dès que la présence d'un copeau collé ou d'une cassure de l'arête est décelée ; ; - observer l'usure de l'outil, afin de le remplacer à temps, avant la perte de pièces mal usinées, là encore sans démontage de l'outil de la machine-outil. L'invention n'est pas limitée à la réalisation décrite, mais en couvre au contraire toutes Les variantes qui pourraient lui être apportées sans sortir de son cadre, ni de son esprit. REVENDICATIONS 1. Machine outil comprenant un bâti (15) sur lequel un outil (6) est susceptible d'être monté, et comprenant également, sur ce bâti, un emplacement d'usinage (18) d'une pièce à usiner, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un ensemble (8) d'observation optique de l'outil, ainsi qu'un dispositif (F,G) de réglage des positions relatives de l'outil par rapport à l'emplacement d'usinage et par rapport à l'ensemble d'observation optique, apte, d'une part, de manière connue en soi, à disposer ledit outil audit emplacement d'usinage, d'autre part, de disposer l'un par rapport a l'autre, l'ensemble d'observation optique et l'outil dans une position relative d'observation dudit outil par ledit ensemble d'observation optique. 2. Machine outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'outil (6) est monté sur une tourelle porte-outil (17), qui est montée sur un support (16) monté sur le bâti (15) de la machine outil et qui est susceptible d'occuper au moins deux positions distinctes par rapport audit support, cependant que d'une part, t'ensemble d'observation optique est monté sur le support (16) de la tourelle porte-outil (17), et que d'autre part, dans une première des deux dites positions de la tourelle par rapport à son support, l'outil est susceptible d'être placé audit emplacement d'usinage (18), alors que, dans la deuxième de ces deux positions de la tourelle par rapport à son support, L'outil (6) est susceptible d'être placé dans sa dite position d'observation(10) par l'ensemble d'observation optique (8). 3. Machine outil selon la revendication 2, caractérisée en ce que le support de la tourelle est constitué par un chariot (16) qui est mobile (F,G) par rapport au bâti (15) de la machine. 4. Machine outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que L'ensemble d'observation optique comprend un instrument d'optique, (10) tel qu'une caméra, munie d'un objectif (26) et comprend également un boîtier de protection (20), à l'intérieur duquel est placé ledit instrument d'optique (10), et qui est muni, en regard dudit objectif, d'une fenêtre (22), à laquelLe est adapté un volet obturateur (21) susceptible, sélectivement, de masquer et de démasquer ladite fenêtre. 5. Machine outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'ensembLe d'observation optique (8) comprend en outre une pluralité de fibres optiques (29) ayant des extrémités écLairantes (28) qui sont disposées en couronne (27) autour de l'objectif (26) de L'instrument d'optique.