Brevet FR2649924A1 — publié le 19910125

PROCEDE POUR USINER PAR COMMANDE NUMERIQUE UN PROFIL OU UNE SURFACE GAUCHE DEFINIE PAR UN MODELE La présente invention a pour objet un procédé pour effectuer un suivi de profil et/ou usiner une surface gauche, par commande numérique, ledit profil etlou ladite surface étant définis par un modèle matériel ou graphique, ou un ensemble de données numériques. Un problème spécifique au traitement numérique d'une surface ainsi définie, appelée parfois surface expérimentale, est qu'elle se compose en partie ou en totalité de zones qui n'ont pas des formes géométriques simples, faciles à caractériser par un modèle mathématique analytique pouvant ensuite être exploité par ordinateur pour fournir des données utilisables par une machine-outil à commande numérique. C'est pourquoi les surfaces de ce genre ainsi que les profils définis de manière analogue et destinés à être suivis par un outil d'usinage nécessitent une modèlisation mathématique à partir de relevés de coordonnées, effectués de manière manuelle ou plus ou moins automatique sur le modèle matériel ou graphique, c'est-à-dire sur une forme gauche représentant la surface à une certaine échelle, ou sur des plans définissant cette surface par une méthode géométrique usuelle.Cette modélisation par coordonnées permettra alors un traitement numérique aboutissant à des données exploitables par la machine-outil. Une méthode connue pour obtenir une modélisation appropriée consiste à relever les coordonnées de séries de points le long de courbes isoparamétriques, par exemple des courbes de niveau ou d'autres lignes d'intersection de la surface du modèle avec des surfaces géométriques simples. Dans les moyens de commande numérique d'une machine-outil, par exemple dans un micro-ordinateur, ces données peuvent être exploitées par interpolation linéaire ou autre entre les points successifs d'une courbe, ainsi qu'entre des points de courbes voisines. Bien entendu, le nombre de points relevés est déterminant pour la précision de reproduction et le degré de complexité possible de la surface.C'est pourquoi un relevé direct des points de courbes isoparamétriques sur un modèle matériel ou graphique représente une opération longue et coûteuse qui mobilise, pendant des durées importantes, du personnel qualifié et des appareils spéciaux. Pour faciliter cette opération, il est souvent avantageux de la faire avec les moyens de commande numérique de la machine, par une méthode dite d'apprentissage, mais ces moyens sont alors indisponibles pour d'autres tâches. La présente invention vise à pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus et à fournir un procédé du type indiqué plus haut, permettant de modéliser numériquement et usiner en commande numérique un profil ou une surface gauche à un coût modéré, notamment en utilisant des machines-outils, des équipements informatiques et des logiciels qui sont couramment disponibles ou qui peuvent être créés à peu de frais. Une idée de base de la présente invention consiste à appliquer à un processus d'usinage à commande numérique une modélisation du profil ou de la surface par la méthode de Bézier, permettant de limiter fortement le nombre de points à relever pour obtenir la précision voulue du modèle mathématique. Cette méthode connue est décrite dans la publication "Mathématiques et CAO" - Courbes et Surfaces - Tome 4 par Pierre Bézier - Collection HERMES. Elle décrit mathématiquement le profil ou la surface sous la forme de polygones calculés à partir d'un nombre restreint de points relevés sur le modèle initial ou modèle mathématique. Le principal avantage de cette méthode est dû au fait que le nombre de points à relever pour décrire une surface avec une bonne précision est peu important.Par exemple, dans une application consistant à modéliser la forme extérieure de la coque d'un voilier de compétition, il a suffi de relever environ deux cents points obligés pour obtenir un modèle suffisamment précis par cette méthode. Dans sa forme la plus générale, le procédé selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : a - relevé et enregistrement des coordonnées de points dits obligés sur le modèle, b - traitement des coordonnées des points obligés par la méthode de Bézier de manière à obtenir des données numériques représentant ledit profil ou ladite surface, c - à partir desdites données numériques, calcul des mouvements d'au moins une machine-outil ayant des moyens de commande numérique pour l'usinage dudit profil ou de ladite surface, d - usinage du profil ou de la surface au moyen desdits mouvements commandés numériquement dans la machine-outil. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les étapes (b) et (c) sont effectuées sur des unités informatiques respectives différentes, l'étape (c) pouvant être effectuée sur un micro-ordinateur couplé à la machine-outil et délivrant à celleci des informations au cours de l'étape (d). * L'utilisation de la méthode de Bézier, pour modéliser une surface ayant une certaine complexité, nécessite des moyens informatiques assez puissants, dépassant la capacité des micro-ordinateurs qui sont généralement à disposition des utilisateurs de machines-outils à commande numérique. Ainsi, la forme préférée de l'invention permet à l'exploitant de la machine-outil de sous-traiter à un centre de calcul spécialisé au moins la partie concernant la construction des polygones, ce qui lui permet d'éviter de gros investissements en matériel informatique et en logiciel. En revanche, il peut utiliser au mieux son matériel standard de commande numérique. Dans une forme avantageuse du procédé selon l'invention, l'étape de relèvement et d'enregistrement des coordonnées et des points obligés sur le matériel est effectuée par relèvement sur le modèle matériel au moyen d'un dispositif couplé aux moyens de commande numérique de la machine-outil. Un aspect remarquable du procédé selon l'invention est que ledit profil ou ladite surface peut comporter un ou plusieurs angles vifs. Avec la méthode de Bézier, le traitement mathématique d'une telle singularité géométrique peut se faire sans aucune difficulté. Pour mieux faire comprendre le procédé selon l'invention, on décrira ci-dessous, d'une manière schématique et non limitative, un exemple de réalisation en se référant au dessin annexé, dont la figure unique représente schématiquement les principaux éléments d'un dispositif industriel mettant en oeuvre ce procédé. En référence au dessin, une tête d'usinage 1 pourvue d'un outil 2 d'un type quelconque, par exemple une fraise, une meule, un chalumeau à découper, etc, est portée par un robot manipulateur 3 à six axes de rotation 4 à 9. Ce robot est raccordé d'une part à une armoire d'alimentation 10 et d'autre part à une armoire de commande numérique Il dtun type connu, agencée pour commander et contrôler de manière automatique, à travers des câbles de liaisons 12, les mouvements du robot 3 et le fonctionnement de la tête d'usinage I. L'armoire 11 peut être équipée d'organes d'entrée/sortie classiques 13, et dans le cas présent elle est raccordée par un câble 14 à un micro-ordinateur 15 lui fournissant les paramètres de commande pour chaque application.Il peut s'agir d'un micro-ordinateur d'un modèle courant dans les ateliers travaillant en commande numérique, par exemple du type connu sous la désignation commerciale IBM - PC - AT ou similaire. Outre les performances propres de ce type d'appareil, un avantage particulier est sa grande diffusion et la facilité qutil a d'échanger des données avec d'autres d'ordinateurs par télé-transmission ou au moyen de supports magnétiques standards. Dans le dessin, on a représenté par des flèches A et B de telles transmissions de données dans un sens et dans l'autre entre le PC 15 et un ordinateur 16 plus puissant, par exemple un ordinateur spécialisé ou un gros ordinateur polyvalent d'un centre de calculs. Avec ce matériel, un exemple d'application du procédé selon l'invention, peut se dérouler comme suit, pour usiner au moyen de l'outil 2 une surface non représentée ici, par exemple la surface d'un moule pour la fabrication d'une pièce en matière synthétique armée de fibres. Si la forme du moule est définie par un modèle matériel en vraie grandeur ou à une échelle réduite, on peut relever les coordonnées de points obligés directement sur la surface du modèle, par une méthode dite d'apprentissage, en appliquant successivement sur ces points un organe de pointage porté par le robot 3 et piloté manuellement à partir de l'armoire de commande 11. Les coordonnées de l'ensemble des points obligés sont enregistrés dans le PC 15 en temps réel ou après coup. Une telle méthode nécessite évidemment une armoire de commande Il conçue pour cela, par exemple du type commercialisé sous la dénomination "ROBONUM A 800" ou similaire. Une autre méthode pour relever les points obligés, consiste à partir de plans définissant la forme de la surface gauche à usiner, par exemple sous la forme de lignes de niveau, de plans cotés, etc. Les coordonnées des points obligés qu'on a choisis peuvent être relevées manuellement et être introduites dans le PC 15 par son clavier 17 ou bien être relevés d'une manière semi-automatique et entrées en ligne dans le PC 15. Les coordonnées de quelques dizaines ou de quelques centaines de points obligés représentent un volume minime de données numériques. En revanche, la modélisation mathématique de la surface ou du profil gauche que représente ces points, au moyen des polygones de Bézier, constitue une étape nécessitant des calculs matriciels relativement volumineux et dépassant les capacités d'un ordinateur de type PC. C'est pourquoi elle est effectuée de préférence dans le gros ordinateur 16, auquel les coordonnées ont été transmises suivant la flèche A sur une disquette ou par le réseau téléphonique. Ainsi, cette étape du calcul est pour ainsi dire sous-traitée à un centre de calculs disposant du matériel et du logiciel appropriés, par exemple un logiciel du type "STRIM CENT".Le résultat de ce calcul est un ensemble vecteurs qui correspondent à des polygones dits "polygones de Bézier", formant un modèle mathématique représentatif de la surface à usiner par l'outil 2. Ces données numériques sont retransmises au PC 15 suivant la flèche B par des voies analogues à celles de la transmission A. L'étape suivante s'effectue sur le PC 15 et consiste à calculer les déplacements de l'outil 2 sur la surface à usiner, sur la base de critères géométriques fournis par l'utilisateur au moyen du clavier 17, d'une souris ou- d'une disquette pré-enregistrée. On peut définir notamment le pourtour d'une surface partielle à usiner, des plans parallèles dans lesquels l'outil va se déplacer successivement, etc. Sur cette base, un logiciel approprié effectue les interpellations correspondantes sur le modèle mathématique et fournit par le câble 14 des données numériques exploitables par l'armoire 11 pour commander les déplacements voulus de l'outil 2 au moyen du robot 3. On remarquera que les données numériques fournies par le PC 15 sont exploitables sans difficulté par un autre type de robot associé à une autre armoire de commande. Un tel procédé permet à une entreprise qui ne possède ni les moyens informatiques, ni le personnel qualifié nécessaire au traitement mathématique par la méthode de Bézier, d'appliquer industriellement et à un coût modéré un procédé basé sur cette méthode, en utilisant des machines et appareils qui sont déjà disponibles dans ses ateliers, donc pratiquement sans investissements supplémentaires en matériel. De plus, une fois que la modélisation par la méthode de Bézier a été faite, elle peut être exploitée directement à partir du PC 15 pour différentes opérations d'usinage, notamment sur différentes portions de la surface et à l'aide de différents outils.Le procédé décrit ici n'entre pas en concurrence avec ceux qu'appliquent des stations de travail utilisant des logiciels à haute performance. lI s'agit d'un procédé d'un niveau intermédiaire permettant d'usiner des surfaces de complexité moyenne grâce à la commande numérique et utilisant des mémoires dont la taille reste modérée, par exemple de 2 à 4 méga-octets. Le domaine des applications s'étend à l'usinage de toutes surfaces et tous profils gauches à l'aide d'une machine à commande numérique, avec ou sans robot manipulateur, pour la fabrication de pièces en série ou de pièces uniques, telles que les grosses pièces de fonderie ou leurs moules. Pour l'exécution d'un suivi de profil, le procédé se déroule de la même manière que dans l'exemple d'usinage de surface décrit plus haut. Dans les deux cas, un avantage particulier de la méthode de Bézier est que la modélisation au moyen de polygones jointifs permet de représenter et ensuite d'usiner des profils ou des surfaces pouvant comporter de fortes variations de courbures et même des angles vifs, rentrants ou saillants. Le long d'un profil, le sommet de l'angle correspond alors au point commun de deux polygones mis bout à bout. La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus, mais s'étend à toutes modifications ou variantes évidentes pour un homme du métier. Revendications 1. Procédé pour effectuer un suivi de profil et/ou usiner une surface gauche, par commande numérique, ledit profil et/ou ladite surface étant définis par un modèle matériel ou graphique, ou par un modèle formé par un ensemble de données numériques, caractérisé en ce qutil comprend les étapes successives suivantes a) relèvement et enregistrement des coordonnées de points dits obligés sur le modèle, b) traitement des coordonnées des points obligés par la méthode de Bézier de manière à obtenir des données numériques représentant ledit profil ou ladite surface, c) à partir desdites données numériques, calcul des mouvements d'au moins une machine-outil ayant des moyens de commande numérique pour l'usinage dudit profil ou ladite surface, d) usinage du profil ou de la surface au moyen desdits mouvements commandés numériquement dans la machine-outil. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les étapes (b) et (c) sont effectuées sur des unités informatiques respectives différentes. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape (c) peut être effectuée sur un micro-ordinateur couplé à la machine-outil et délivrant à celle-ci des informations au cours de l'étape (d). 4. Procédé selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que l'étape (a) est effectuée par relèvement sur le modèle matériel au moyen d'un dispositif couplé aux moyens de commande numérique de la machineoutil. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit profil ou ladite surface comporte au moins un angle vif.