Brevet FR2647385A1 — publié le 19901130

Machine pour usiner un bloc métallique, avec visée laser La présente invention concerne une machine pour usiner un bloc métallique, et notamment aléser et/ou surfacer ce dernier; On a déjà proposé de telles machines comprenant - un support ou bâti fixe - une table pour le maintien du bloc métallique, mobile par rapport au support selon au moins trois degrés de liberté, par exemple autour de trois axes orthogonaux formant un trièdre de référence - un outil d'usinage travaillant selon une direction de référence, s'il s'agit d'un outil d'asésage, ou selon deux directions perpendiculaires dans un même plan de référence, s'il s'agit d'un outil de surfaçage; cette ou ces directions de référence étant fixées par construction par rapport au support. Par des mécanismes appropriés de commande de la table, on amène le bloc métallique en coïncidence avec la direction de référence ou le plan de référence, pour effectuer le travail d'usinage dans ladite direction ou dans ledit plan de référence. La présente invention a pour objet une machine du type précité, faisant application d'un dispositif à visée laser, de manière à améliorer la précision de l'usinage, tout en simplifiant l'utilisation d'une telle machine. De manière générale, selon l'invention, et en combinaison - au moins un émetteur laser est fixé sur le support, et orienté pour émettre un faisceau de lumière cohérente aligné selon la direction de référence, c'est à dire la direction de travail de l'outil d'usinage - au moins un capteur opto-électronique du faisceau de référence est disposé de manière amovible sur le bloc métallique à usiner, en vis à vis de l'émetteur, dans la direction d'usinage, c'est à dire la direction dans laquelle doit s'effectuer l'usinage; ce capteur comporte un récepteur sensible de l'image du faisceau de référence, et il est divisé en secteurs; le capteur génère un signal électrique de mesure dont la valeur dépend de la position relative de l'image par rapport au centre du récepteur; par conséquent le signal de mesure dépend ou est représentatif de l'orientation relative de l'axe d'usinage par rapport à l'axe de référence - un système de traitement du signal de mesure génère un signal de commande en position de la table de maintien du bloc, permettant d'amener de manière manuelle ou mécanique, par exemple avec un système à com- mande numérique, l'axe d'usinage en coïncidence avec l'axe de référence. Grâce à l'invention, en disposant provisoirement le capteur sur le bloc métallique dans la direction d'usinage, il est donc possible d'amener en superposition la direction d'usinage avec la direction ou axe de référence de la machine. En retirant le capteur, l'usinage pourra donc être effectué de manière précise selon cet axe de référence. Bien entendu, ce qui vient d'être dit peut être généralisé à au moins deux directions d'usinage formant entre elles un plan d'usinage, lequel sera alors amené en coïncidence avec un plan de référence matérialisé par un système à visée laser selon l'invention. La présente invention est maintenant décrite par référence à la réparation de culasses de moteurs thermiques, et plus précisément à l'alésage des paliers d'arbres à came, c'est à dire des logements de bagues ou des bagues formant ces derniers, d'une part, et au surfaçage du plan du joint de la culasse d'autre part. Mais il doit être entendu que la description ciaprès ne constitue qu'un exemple d'application de la présente invention, et ne saurait en limiter la portée. Dans les dessins annexes: - la figure i représente une vue d'ensemble et de face d'une machine conforme à l'invention - la figure 2 représente la schéma de principe de la visée laser de la machine représentée à la figure 1, en association avec un outillage d'alésage pour les paliers d'arbre à came - la figure 3 représente le schéma de principe de la visée de la machine représentée à la figure 1, en association avec l'outillage de surfaçage pour le plan du joint de culasse - la figure 4 représente de manière schématique le récepteur d'un capteur opto-électronique de visée laser, utilisé conformément à l'invention - la figure 5 représente en perspective le schéma du principe du dispositif d'orientation de la table appartenant à la machine selon la figure 1, et permettant un mouvement de tanguage, roulis et lacet de ladite table, autour de trois axes formant un trièdre d'orientation Selon la figure 1, la référence numérique (1) désigne un bloc métallique à usiner et plus précisément une culasse d'un moteur thermique, dont on veut à la fois aléser selon l'axe (X') la ligne d'arbre à came, et surfacer le plan du joint de culasse, selon le plan matérialisé par les axes (X') et (Y). Pour la suite, l'axe (X') constituera donc la direction d'usinage, pour l'alésage, et le plan (X'Y') le plan d'usinage pour le surfaçage. Cette machine, destinée à être posée sur une table, à hauteur d'homme pour sa manipulation et utilisation, comporte les éléments principaux suivants - un bâti ou support fixe (2) - une table (3) pour le maintien à plat de la culasse (1) par des moyens de fixation amovible non représentés - un dispositif (4) monté au centre du bâti (2), permettant à la fois, d'une part une orientation dans l'espace de la table (3), et donc de la culasse (1), autour de trois axes (X), (Y) (Z), formant un trièdre de référence, fixé par construction par rapport au bâti (2), et d'autre part un positionnement en hauteur selon l'axe de référence (Z) de la table (3) un outil ou tête d'alésage (5), disposé d'un côté du support (2), par exemple à droite selon la figure 1, mobile selon la direction de référence (X); de manière connue en soi, cette tête d'alésage comprend un chariot (6) d'avance selon la direction (X), se déplaçant sur un rail non représenté, une colonne (7) de dégagement verticale pour passer de palier en palier, un moteur de coupe (8), une mini-broche horizontale (9) d'usinage selon la direction (X), équipée d'une plaquette d'alésage (10), et enfin une transmission (Il) entre le moteur de coupe (8) et la broche (9) - un outil ou tête de surfaçage (12), disposé de l'autre côté du bâti (2), c'est à dire à gauche selon la figure 1, déplaçable dans le plan de référence (X,Y); cette tête comprend de manière connue en soi, un chariot (13) pouvant se déplacer dans le plan de référence précité par des moyens non représentés, un moteur de coupe (14), un bras (15) portant un outil (16) de surfaçage consistant en un outil de coupe, le bras (15) étant supporté par le chariot d'avance (13), et enfin un coulisseau (16), permettant le recul du bras (15) pour dégager l'outil de coupe (16) - un tableau (17) de commande, pour le positionnement de la table (3) d'une part, et pour le contrôle des outils d'alésage (5) et de surfaçage (12) d'autre part; ce tableau (17)-est plus précisément décrit par référence aux figures 2 et 3 - différents organes de comnmande manuelle en position de la table (3), et plus précisément une commande (18) manuelle de lacets autour de l'axe (Z), une commande manuelle (19) de roulis autour de l'axe (Y),-une commande manuelle (20) de tanguage autour de l'axe (X) et enfin une commande manuelle (21) de translation ou de réglage du niveau de la table (3), selon l'axe (Z). 2647l85 Dans le cas de l'alésage des deux paliers de l'arbre à came, matérialisant une direction (X) coYncidant avec la ligne d'arbre, le système de visée laser représenté à la figure 2 comprend: - une source (22) de lumière cohérente, un séparateur (23) du faisceau émis par la source (22) en deux faisceaux séparés, deux fibres optiques (24) et (25) de transport des deux faisceaux séparés - deux collimateurs (26, 27) recevant les deux faisceaux séparés (24, ) respectivement; les émetteurs (26, 27) sont fixés sur le support (2) de part et d'autre de la table de maintien (3); ils sont alignés entre eux selon l'axe de référence (X), et émettent deux faisceaux de lumière cohérente également alignés selon la direction (X) - deux capteurs (28) et (29), opto-électroniques, disposés de manière amovible de part et d'autre de la culasse (1), en vis à vis des deux émetteurs (26) et (27) respectivement; ces deux capteurs (28, 29) disposés dans les deux paliers extrêmes de la ligne d'arbre à cames, sont donc alignés selon l'axe d'usinage (X') introduit précédemment; comme représenté à la figure 4 de manière schématique, chaque capteur (28) ou (29) comporte un récepteur (30) sensible à l'image du faisceau de référence reçu, et divisé en secteurs, par exemple en quadrants (31), de telle manière que le capteur génère un signal électrique de mesure dont la valeur dépend de la position relative de l'image du faisceau de référence par rapport au récepteur (30), et plus précisément par rapport à son centre; ainsi le signal de mesure transmis par chaque capteur (28) ou (29) varie ou est représentatif de l'orientation relative de l'axe d'usinage (X') par rapport à l'axe de référence (X). - un système (32) de traitement des signaux de mesure reçu des capteurs (28, 29), générant un signal (33) de commande en position-de la table (3) à partir du système d'orientation (4), permettant d'amener l'axe d'usinage (XI) en coYncidence avec l'axe de référence (X), de manière manuelle ou automatique. En effet, à partir du signal (33), si le dispositif d'orientation (4) de la table (3) comporte trois moteurs de déplacement ou orientation autour des trois axes (X, Y, Z), le signal de commande (33) est utilisé pour actionner les trois moteurs respectivement, selon la valeur du signal de commande, et amener ainsi l'axe d'usinage (X') en coïncidence avec l'axe (X). Si le dispositif de positionnement (4) est à commande manuelle, comme représenté à la figure 1, le signal de commande (33) est utilisé pour visualiser sur le tableau (17) les corrections manuelles à apporter dans la position de la table, du moyen des volants (18 à 21), et amener ainsi manuellement l'axe d'usinage (X') en coïncidence avec l'axe de référence (X). Ainsi le tableau (17) comporte trois voyants (35 à 37), associés respectivement aux axes (Z, X et Y), s'allumant lorsqu'il y a coïncidence selon chacun de ces axes avec l'origine du triède de référence. Les flèches associées à chacun des voyants, lorsqu'elles s'allument, indiquent à l'opérateur la commande manuelle à actionner et dans quel sens. Conformément à la figure 3, pour le surfaçage du plan du joint de la culasse dans la surface d'usinage matérialiséepar les axes (X' et Y'), le - système de visée laser mis en oeuvre diffère de celui décrit précédemment par les caractéristiques suivantes: - un outillage amovible (40) de visée, comportant une plaque (40a) avec deux rebords (40b et 40c), est disposé sur la surface (la) à rectifier; cet outillage comporte de part et d'autre du bloc métalique (1), à savoir sur les rebords (40b) et (40c), respectivement le premier capteur (29) et un système optique (41) comportant deux miroirs (4la et 41b) disposés à 90 l'un par rapport à l'autre; le premier capteur (29) est dirigé dans l'axe d'usinage (X'), par conséquent dans le plan d'usinage (X' Y'), et est en vis à vis de l'émetteur (27); par conséquent le capteur (29) génère un signal de mesure (42) représentatif de la position de l'axe (X') d'usinage par rapport à l'axe de référence (X); l'axe optique du premier miroir (41a) est aligné avec l'axe du premier capteur (29), à savoir l'axe (X') dans le plan d'usinage (X'Y') - le deuxième capteur (28) est fixé sur le support (2), en vis à vis du deuxième miroir (41b), au dessous de l'émetteur (26); l'axe optique du deuxième miroir (41b), est aligné avec la direction de réception du capteur (28); dans ces conditions, le capteur (28 -) génère un signal de mesure représentatif de la position du plan d'usinage (X' Y') autour de l'axe de référence (X), par rapport au plan de référence (XY), lorsque l'axe d'usinage (X') est déjà en coïncidence avec l'axe de référence (X) - le système de traitement (32) est agencé ou programmé de manière différente, c'est à dire pour traiter les deux signaux de mesure (42, 43) émis par le capteur (29) et le capteur (28) respectivement, pour générer un signal de commande (33) pour l'orientation de la table de maintien (3), et amener le plan d'usinage (X'Y') en coïncidence avec le plan de référence (XY) Selon la figure 3, on notera au passage que les deux émetteurs laser (26, 27) demeurent fixés comme précédemment sur le support (2). de part et d'autre de la table de maintien (3), et sont alignés pour émettre dó.\. faisceaux de lumière cohérente, selon la direction de référence (X). Par conséquent, en ce qui concerne les émetteurs, rien n'a été modifié pour passer de l'alésage au surfaçage. Selon la figure 3, on constate que tout écart en position du plan (X'Y') par rapport au plan de référence (XY) déplace le faisceau réfléchi par le miroir (41b), et par conséquent l'image du faisceau émis par la source (26), par rapport au récepteur sensible du capteur (28). Dans ces conditions, le signal de mesure transmis par le capteur (28) au système (32) est effecti- vement représentatif de la position du plan (X'Y'), une fois établie la coïncidence entre les axes (X) et (X'). Pour terminer, conformément à la figure 5, on a représenté un dispositif (4) d'orientation de la table 3, selon les trois axes (X, Y, Z), lequel comprend: - un berceau sphérique (50) comprenant une premiere glissière équatoriale (50a) dans laquelle est monté de manière glissante un premier coulisseau (51) - une coque sphérique (52) comprenant une deuxième glissière équatoriale (52a), disposée de manière orthogonale à la première glissière (50a), dans laquelle est montée un deuxième coulisseau (53) - le premier et le deuxième coulisseau (53) étant solidarisés l'un au-dessus de l'autre à angle droit, avec un écart fonctionnel entre les deux pour le passage de la coque (52) - la table (3) étant montée en rotation sur la coque (52), autour d'un axe (54) passant par le centre de la sphère associée à celle-ci - le berceau (50) étant mobile et ajustable en niveau ou hauteur, par des moyens non représentés Le berceau (50) permet une orientation en tanguage autour de l'axe (X), la coque (52) une orientation en roulis autour de l'axe (Y), et l'axe (60) une orientation en lacet autour de l'axe (Z). 264738S REVENDICATIONS 1) Machine pour usiner un bloc métallique (1), par exemple la culasse d'un moteur thermique, selon au moins une direction (X') d'usinage, ladite machine comprenant un support fixe (2), une table (3) pour le maintien du bloc métalique, mobile par rapport au support selon au moins trois degrés (X, Y, Z) de liberté, un outil (5, 12) d'usinage travaillant selon au moins une direction de référence (X), fixée par construction par rapport au support, caractérisée en ce que: - au moins un émetteur (26, 27) laser est fixé sur le support (2), et orienté pour émettre un faisceau de lumière cohérente aligné selon la direction de référence (X) - au moins un capteur (28, 29) opto-électronique du faisceau de référence est disposé de manière amovible sur le bloc métallique (1) à usiner, en vis à vis de l'émetteur, dans la direction d'usinage (X'), ledit capteur comportant un récepteur (30) sensible de l'image du faisceau de référence, divisé en secteurs (31), le capteur générant un signal électrique de mesure dont la valeur dépend de la position relative de l'image par rapport au récepteur, et donc de l'orientation relative de l'axe d'usinage (X') par rapport à l'axe de référence (X) - un système (32) de traitement du signal de mesure, générant un signal (33) de commande en position de la table (3) de maintien du bloc, pour amener l'axe d'usinage (X') en coïncidence avec l'axe (X) de référence. 2) Machine selon la revendication 1, selon laquelle la table (3) de maintien du bloc comporte au moins trois moteurs de déplacement de la table, respectivement selon les trois degrés de liberté de cette dernière, caractérisée en ce que le signal de commande est utilisé pour actionner les trois moteurs de déplacement, et amener l'axe d'usinage (X') en coïncidence avec l'axe de référence (X) 3). Machine selon la revendication 1, selon laquelle la table de maintien du bloc est commandée par au moins trois organes (IS. 19, 20) de contrôle manuel de la position de la table, respectivement selon les trois degrés de liberté (X. Y, Z) de cette dernière. caractérisée en ce que le signal de commande (33) est ustilisé pour visualiser (17) les corrections manuelles à apporter dans la position de la table. et amener d'axe d'usina.ge (X') en coïncidence axec l'axe de référence (X) 4) Machine selon la revendication 1. selon laquelle le bloc métal- lique (1) comporte deux perçages alignés, par exempie les deux paliers d'ur arbre à came, à aléser selon l'axe d'usinage (X'), caractérisée en ce que - les deux émetteurs (26, 27) laser sont fixés sur le support (2), de part et d'autre de la table (3) de maintien du bloc métallique, et sont alignés pour émettre deux faisceaux de lumière cohérente, alignés selon la direction de référence (X) - deux capteurs (28, 29) opto- électroniques sont disposés de manière amovible de part et d'autre du bloc (1) à usiner, en vis à vis des deux émetteurs respectivement, et sont alignés selon l'axe (X') d'usinage, par exemple la ligne de l'arbre à came, les deux capteurs générant deux signaux de mesure, le système de traitement (32) recevant ces deux signaux de mesure pour générer un seul signal de commande (33). ) Machine selon la revendication 1, selon laquelle le bloc métal- lique (1) comporte une surface (la) à rectifier, par exemple le plan du joint de culasse, à surfacer selon un plan d'usinage (X'Y') passant par l'axe d'usinage, caractérisé en ce que: - deux émetteurs (28, 29) laser sont fixes sur le support (2), de part et d'autre de la table (3) de maintien du bloc métallique, et sont alignés pour émettre deux faisceaux de lumière cohérente, alignés selon la direction de référence (X) - un outillage (40) amovible de visée est disposé sur la surface à rectifier, et comporte de part et d'autre du bloc métallique, respectivement d'une part un premier capteur (29) opto-électronique dont l'axe (X') est situé dans le plan d'usinage (X'Y'), en vis à vis de l'un (27) des émetteurs, générant un signal de mesure représentatif de la position de l'axe d'usinage (X') par rapport à l'axe de référence (X), et d'autre part deux miroirs (41a, 41b) disposés à 90 , en vis à vis de l'autre émetteur (26), dont l'axe optique du premier est aligné avec l'axe (X') du premier capteur (29) dans le plan d'usinage (XeY') - un deuxième capteur (28) fixé sur le support (2), en vis à vis du deuxième miroir (41lb) générant un signal de mesure représentatif de la position du plan d'usinage (X'Y') autour de l'axe de référence (X), par rapport à un plan de référence (X,Y) - un système de traitement (32) permet de traiter les deux signaux (42, 43) de mesure des deux capteurs respectivement, générant un signal (33) de commande de la table de maintien (3), pour amener le plan d'usinage (X'Y') en coïncidence avec le plan de référence (XY) 6) Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'orientation selon trois axes comprend - un berceau sphérique (59) comprenant une première glissière équatoriale dans laquelle est montée de manière glissante un premier coulis- seau (51) - une coque sphérique (52) comprenant une deuxième glissière équatoriale (52a) dans laquelle est monté un deuxième coulisseau (53) - le premier (51) et le deuxième coulisseau (53) étant solidarisés l'un audessus de l'autre à angle droit, avec écart fonctionnel entre les deux pour le passage de la coque (52) - la table (3) étant montée en rotation sur la coque (52), autour d'un axe (54) passant par la sphère associée à celle-ci. 7) Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le berceau (50) est mobile et ajustable en niveau ou hauteur.