Brevet FR2632972A1 — publié le 19891222

1. Dispositif pour le durcissement de pièces par refusion. L'invention concerne - un dispositif pour le durcissement par refusion de régions de la surface de pièces pouvant tourner autour d'un axe longitudinal, par exemple, de cames d'arbres à cames au moyen d'un brûleur, composé d'un dispositif de positionnement qui porte le brûleur, au moyen duquel le jet du brûleur qui sort de la tête du brûleur, est disposé dans une orientation fixe par rapport à l'axe de la pièce et la distance entre la tête du brûleur et la région de refusion peut être modifiée pendant la rotation de la pièce, d!un premier dispositif de mesure destiné à mesurer la position angulaire t de la région de refusion, d'un deuxième dispositif de mesure destiné à mesurer la distance de la tête du brûleur à la région de refusion, et d'une unité de commande reliée au premier et au deuxième dispositifs de mesure et destinée à commander le dispositif de positionnement en fonction du profil de la surface de la région de refusion. - Pour améliorer la résistance à l'usure des surfaces de pièces soumises à des contraintes élevées, par exemple, des cames des arbres à cames, il est déjà connu de durcir ces régions par refusion, par un procédé consistant, par exemple, à refondre la région de surface à durcir au moyen d'un brûleur à arc électrique, sur une certaine épaisseur de couche, après la coulée et à la laisser refroidir spontanément. Pour la commande de cette opération de refusion, il est alors particulièrement important d'adapter le positionnement du jet du brûleur de façon appropriée par rapport à la pièce entraînée en rotation, laquelle présente en général une courbe de profil superficiel à courbure variable. A cet effet, dans le cas du durcissement des arbres-à cames, on doit prévoir pour cela comme moyen de guidage, ce qu'on appelle des camesmaltresses qui règlent la distance entre le brûleur et la pièce par voie purement mécanique (DE-28 39 990 B1). D'un autre côté, il est connu de procéder au positionnement du jet du brûleur à l'aide de valeurs de mesure mémorisées électroniquement (DE-36 26 808 A1). Ces valeurs de mesure peuvent être mémorisées sous la forme de valeurs prédéterminées sur des valeurs fixes comme, par exemple, dans le cas des fraiseuses à commande numérique. Toutefois, dans un tel dispositif, on doit constamment produire de nouveaux programmes de commande présentant des valeurs de mesure modifiées à chaque nouveau profil de surface différent. Au contraire, le dispositif représentatif du genre déjà connu, appartenant à la technique précitée, peut s'adapter de façon universelle au profil de surface de la pièce. Ici, dans une première étape, on capte, au moyen du premier et du deuxième dispositifs de mesure, dont l'un capte la position angulaire et l'autre la distance radiale de la surface de la pièce à l'axe de la pièce qui correspond à la position angulaire considérée, et on stocke ces valeurs dans une mémoire. Dans l'opération de refusion qui y fait suite, les valeurs mémorisées ainsi stockées sont appelées et le jet du brûleur est positionné en fonction des valeurs mémorisées. Toutefois, ce procédé présente des inconvénients par le fait qu'il est coûteux en temps en raison de l'opération de mesure qui doit être exécutée avant chaque refusion. Par ailleurs, en raison de la courbure de la surface qui est quelquefois forte, il n'est pas possible de procéder à un captage continu des valeurs de mesure. Au contraire, la touche utilisée en qualité de deuxième dispositif de mesure doit être soulevée immédiatement après le captage de la valeur de mesure, puis on doit faire tourner la pièce d'un certain angle et, ensuite, mettre la touche en appui pour capter la nouvelle valeur de mesure. L'invention se donne maintenant pour but de développer un dispositif du genre cité au début de telle manière que l'opération de durcissement par refusion puisse s'effectuer de façon plus rapide et plus précise et, par conséquent, de façon plus économique. Selon l'invention, ce problème est résolu dans le dispositif représentatif du genre par le fait que le deuxième dispositif de mesure est décalé angulairement par rapport à la tête du brûleur et que l'unité de commande présente un circuit de correction qui transmet les valeurs de mesure au dispositif de positionnement dans la position angulaire correcte. % La solution selon l'invention se caractérise par le fait que le captage des valeurs de mesure s'effectue au cours du travail de la pièce par durcissement par refusion, en ce sens que les valeurs de mesure du profil de la surface sont tout d'abord captées puis que le dispositif de commande commande la tête du brûleur à l'angle voulu à un instant ultérieur, qui correspond au décalage angulaire entre le dispositif de mesure et la tête du brûleur, puisque le décalage angulaire entre le deuxième dispositif de mesure et la tête du brûleur- est fixé avec précision. De cette façon, la solution selon l'invention peut être appliquée sans -perte de temps pour n'importe quel profil de surface. La solution selon l'inventioa trouve de préférence application lorsque le jet du brûleur est positionné dans une direction fixe dans le plan normal à l'axe de la pièce, en particulier lorsque le jet du brûleur coupe l'axe de la pièce. Egalement dans ce positionnement, l'énergie du jet du brûleur dont on dispose est utilisée de façon optimale. Ici, la tête du brûleur est déplacée dans la direction parallèle au jet du brûleur pour obtenir une modification de la distance. Ce mouvement est de préférence capté -à l'aide d'un capteur de course incrémental. La précision de positionnement qui peut être obtenue par ce moyen -est très élevée et la dépense de moyens techniques est relativement réduite. Si le dispositif de mesure est utilisé pour le durcissement par refusion des arbres à cames, application dans laquelle les cames se distinguent par le fait qu'elles présentent des régions à faible courbure et des régions à forte courbure, il est avantageux, dans une autre forme de réalisation préférée, que le positionnement du jet du brûleur puisse se déplacer, non seulement dans un axe parallèle à la direction du jet du brûleur mais également perpendiculairement à cet axe et perpendiculairement à l'axe de la pièce. Dans ce cas, dans les régions des cames qui sont à faible courbure, la tête du brûleur est toujours déplacée de-telle manière que la distance entre la tête du brûleur et la région de refusion soit aussi réduite que possible; la région de refusion se trouve alors dans la zone de contact entre une ligne qui s'étend perpendiculairement au jet du brûleur et le profil de la came. Pour capter le mouvement perpendiculairement au jet du brûleur, il est approprié d'utiliser ici aussi de préférence un capteur de course incrémental. Un autre avantage particulier de l'invention consiste dans le fait que la saisie des valeurs de mesure par le deuxième dispositif de mesure s'effectue sans contact matériel, au moyen d'une tête de mesure à laser. De cette façon, les inconvénients connus de l'état de la technique qui se manifestent dans l'utilisation d'une touche qui palpe le profil de la surface, sont supprimés. En outre, l'utilisation d'une tête de mesure à laser permet d'augmenter encore la précision de la prise des valeurs de mesure. La solution selon l'invention peut de préférence aussi être appliquée pour le durcissement par refusion de pièces dans lesquelles seules des parties du profil de la surface doivent être durcies. Ces pièces peuvent être, par exemple, les lobes de cames des arbres à cames. Dans le cadre de la présente invention, après la saisie des valeurs de mesure, exécutée dans la première position angulaire, l'opération de durcissement par refusion ne doit commencer que lorsque le point de départ du profil de surface à refondre atteint la deuxième position angulaire. De cette façon, seule une région partielle peut être refondue avec exécution simultanée de la mesure. Seule la partie partielle du profil de la surface qui correspond au décalage angulaire doit être mesurée à l'avance. Toutefois-, étant donné que ce décalage angulaire ne représente, selon l'invention qu'environ 40 à 60 , de préférence 50 , le temps à utiliser pour cela avant le début du processus de refusion est beaucoup plus petit comparativement au temps qui serait nécessaire pour exécuter séparément la mesure et le travail. Trois modes de mise en oeuvre de l'invention seront décrits dans la suite en regard des dessins annexés, sur lesquels, La figure 1 représente un premier exemple de réalisation de l'invention en coupe transversale; La figure 2 représente- un détail d'un deuxième exemple de réalisation de l'invention; La figure 3 montre un détail d'un troisième exemple de réalisation de l'invention et La figure 4 représente une variante du troisième exemple de réalisation représenté sur la figure 3. -Le premier exemple de réalisation représenté sur la figure 1 montre, en qualité de pièce à travailler 3, la came d'un arbre à cames. Cette came est montée rotative. L'entrainement 2 qui est représenté en perspective pbur la clarté du dessin, est couplé à- un capteur angulaire incrémental qui sert de dispositif de mesure 1 et qui- capte la position angulaire t de la pièce 3 par rapport à une position de référence. L'entraînement en rotation 2 est relié à une unité de commarde centrale 8 à laquelle est acheminé le signal de sortie du premier dispositif de mesure 1 qui mesure l'angle de rotation. Un deuxième dispositif de mesure 4, qui est réalisé sous la forme d'une tête de mesure à laser, le rayon laser étant entouré par une enveloppe de protection 5, détermine, pour la position angulaire considérée, la distance entre le profil de la surface de la pièce 3 et le centre de son cercle de base. Le signal de sortie du deuxième dispositif 4 est lui aussi envoyé à l'unité de commande 8. Dans une position angulaire déterminée, qui est décalée par rapport au deuxième dispositif de mesure 4 est agencé un dispositif de positionnement 10 qui porte un brûleur 11, lequel peut être constitué, par exemple par un brûleur à arc électrique. En variante, le brûleur peut aussi être formé par un laser d'une énergie appropriée. Le brûleur 11 débouche, côté pièce, dans une tête de brûleur d'o le jet du brûleur sort vers la surface de la pièce. Le dispositif de positionnement 10 est réglé de façon que le jet du brûleur s'étende dans le plan normal à l'axe de la pièce 3 et soit dirigé vers la surface de la pièce, de telle manière que le jet du brûleur et l'axe de la pièce se coupent. La distance de la tête du brûleur à la surface de la pièce peut être modifiée dans la direction parallèle au jet du brûleur au moyen d'un entraînement (direction Z). La variation de la distance de la tête du brûleur à la surface de la pièce est captée avec une haute précision au moyen d'un capteur de course incrémental 7 qui est couplé à l'entraînement 6 commandant le déplacement linéaire du dispositif de positionnement 10 dans la direction Z.. L'entraînement linéaire 6 et le capteur de course incrémental 7 sont à leur tour connectés à l'unité de commande 8. Le mode de fonctionnement du dispositif représenté est le suivant: Dans le sens de rotation de la came qui est marqué sur le dessin, il se produit tout d'abord, dans la position angulaire!, la mesure de la distance au moyen du deuxième dispositif de mesure 4 (tête de mesure à laser). Dans le cas d'une rotation continue de la came, une succession de mesures, composée de la paire de valeurs angle de rotation et distance, est ainsi envoyée à l'unité de commande 8, o ces valeurs sont stockées, dans une mémoire dans l'ordre de succession. Au moyen d'une unité de correction 9 intégrée dans l'unité de mémoire, et étant donné que le décalage angulaire entre le dispositif de mesure 4 et le jet du brûleur, situé dans la position angulaire 2 est connu et que, par exemple, il représente 50 , on choisit la relation entre les valeurs de mesure de telle manière que les valeurs de mesure décalées du décalage angulaire soient utilisées comme valeurs de consigne pour le positionnement de la tête du brûleur. De cette façon, le dispositif de positionnement reçoit toujours les valeurs du profil considéré de la surface de la came qui sont associées à la position angulaire L2 dans laquelle se trouve la tête du brûleur. De cette façon, le travail de la pièce peut être exécuté sans 'perte de temps, puisque, selon l'invention, il n'est plus nécessaire d'effectuer 'une opération de mesure séparée, comme dans l'état de la technique. Lorsque, comme ceci est représenté sur la figure 2, on ne doit durcir par refusion qu'une certaine partie du profil de la surface de la came, on procède comme suit: Avec le sens de rotation choisi (flèche) de la pièce 3, l'état de départ du profil à durcir est représenté sur la figure 2, état qui se trouve à la hauteur du deuxième dispositif de mesure 4, dans la position angulaire 1 Tout d'abord, le captage des valeurs de mesure commence sans que-le brûleur 11 ne soit mis en action. Ce n'est que lorsque le profil de surface à durcir atteint la position angulaire 2 en face de la tête du brûleur, que le brûleur 11 est mis en action, le dispositif de positionnement agissant sur le brûleur recevant alors à l'angle voulu les valeurs de- mesure qui ont été obtenues par le deuxième dispositif de mesure 4 dans la position angulaire 41' Apres franchissement de l'extrémité du profil de surface à durcir, dans la position angulaire 42, le brûleur 11 est à nouveau mis à l'arrêt. De cette façon, le procédé peut être utilisé économiquement même pour des opérations de travail dans lesquelles seule une partie de la surface, par exemple le lobe de la came, doit être durcie. Un autre exemple de réalisation est décrit sur la figure 3. Dans ce cas, on trouve dans la position angulaire T 2 de la tête du brûleur un profil de surface de la pièce 3 qui est à peu près horizontal dans la région de refusion. Alors que la tête du brûleur occupe tout d'abord la position indiquée en traits interrompus, dans laquelle le jet du brûleur coupe l'axe de la pièce, il est nécessaire, pour travailler le profil de surface à peu -8 près horizontal, de déplacer la tête du brûleur le long du profil, de la distance X le long du périmètre de la pièce 3, pour obtenir toujours une distance minimale entre la tête du brûleur et le profil de la surface. A cet effet, la tête du brûleur est amenée, par exemple, à la position représentée en traits continus. Dans ce cas, la région à refondre se trouve au point de contact entre la ligne perpendiculaire à l'axe du brûleur et le profil de la came. Lorsque la pièce continue à tourner au-delà du point le plus élevé de son lobe, la tête du brûleur est à nouveau déplacée vers la gauche jusqu'à ce que, à la fin du profil du lobe de la came, elle soit revenue à la position X = O. Une possibilité de prédétermination du guidage précis du brûleur dans la région du profil de la came est représentée sur la figure 4. Pour déterminer la course d'excursion X, à partir de la position initiale (X = 0) qui est optimale pour la position angulaire considérée du profil de la came, la tête de mesure à laser 4 est mise à la place du brûleur 11 et la courbe de travail optimale est obtenue au moyen d'une course de mesure de déplacement qui peut se déplacer dans la direction X (figure 4). Les valeurs de mesure captées de cette façon pour différentes positions angulaires sont mémorisées pour servir de valeurs de consigne pour le positionnement du brûleur à arc électrique. De cette façon, on peut également capter les conditions de travail d'une façon optimale et reproductible, même dans les régions critiques du profil de la came et les mémoriser pour le travail. Dans cette configuration, il est toujours garanti que la distance entre la surface de la came à travailler et la tête du brûleur sera reproductible. REVENDICATIONS 1.- dispositif pour le durcissement par refusion de régions de la surface de pièces (3) pouvant tourner autour d'un axe longitudinal, par exemple, de cames d'arbres à cames au moyen d'un brûleur-(11), composé d'un dispositif de positionnement (10) qui porte le brûleur (11), au moyen duquel le jet du brûleur qui sort de la tête du brûleur, est disposé dans une orientation fixe par rapport à l'axe de la pièce et la distance entre la tête du brûleur et la région de refusion peut être modifiée pendant la rotation de la pièce (3), d'un premier dispositif de mesure (1) destiné à mesurer la position angulaire q de la région de refusion, d'un deuxième dispositif de mesure (4) destiné'à mesurer la distance de la tête du brûleur à la région de refusion, et d'une unité de commande (8) reliée au premier (1) et au deuxième (4) dispositifs de mesure et destinée à commander le dispositif de positionnement (10) en fonction du profil de la surface de ia région de refusion, caractérisé par le fait que le deuxième dispositif de mesure (4) est décalé-angulairement par rapport à la tête du brûleur et en ce que l'unité de commande =(8) présente un circuit de correction qui transmet les valeurs de mesure du dispositif de positionnement. (10) dans la position angulaire correcte. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le jet du brûleur (11) est positionné. rigidement en direction dans le plan normal à l'axe de la pièce (3). 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le jet du brûleur coupe l'axe de la pièce. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que, pour la variation de la distance, la tête du brûleur (1il) peut se déplacer dans une direction qui est parallèle à l'axe' du jet du brûleur. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la tête du briûleur (11) peut aussi se déplacer dans une direction (X) qui s'étend perpendiculairement à l'axe du brûleur et perpendiculairement à l'axe de la pièce. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le deuxième dispositif de mesure (4) est une tête de mesure à laser. 7.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le deuxième dispositif de mesure (4) est décalé d'un angle aigu, en sens inverse du sens de rotation de la pièce (3), par rapport à la tête du brûleur (11). 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'angle aigu est de 40 à 60 , notamment de . 9.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le dispositif de positionnement (10) présente un premier capteur de course incrémental (7) destiné à capter le mouvement du brûleur. 10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le dispositif de positionnement (10) comprend un deuxième capteur de course incrémental destiné à capter le mouvement de la tête du brûleur perpendiculairement au premier capteur de course (7) dans la direction périphérique (X) par rapport au profil de la surface. - 11.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à , caractérisé par le fait que le brûleur (11) est un laser. 12.- Procédé d'utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel le durcissement par refusion ne s'effectue que le long d'une partie de la surface, caractérisé en ce que, après avoir capté les valeurs de mesure dans une première position angulaire (- 1) l'opération de durcissement par refusion ne commence que lorsque le point de départ du profil de surface à refondre atteint la deuxième position angulaire