Brevet FR2649501A1 — publié le 19910111

La présente invention concerne une installation et un procédé pour le contrôle de pièces mécaniques planes et notamment de tôlerie après exécution des opérations de poinçonnage. En effet, la réalisation de pièces de tôlerie du type châssis, capots etc... en trois dimensions passe toujours par l'opération de poinçonnage à plat. C'est une fois poinçonné que le flan métallique ou autre passe en presse-plieuse, ou presse d'emboutissage pour obtenir la pièce finie. Cette pièce finie doit correspondre aux exigences d'un plan, à savoir côtes, tolérances linéaires et angulaires etc..., ce qui nécessite au niveau de l'exécution du flan à plat l'intégration de paramètres constants (allongement de la tôle lors du pliage par exemple). Généralement, afin d'assurer la qualité du travail effectué ainsi que dans un souci de rentabilité, on procède au contrôle du flan à plat poinçonné avant pliage ou emboutissage de celui-ci, suivi de toutes les opérations de finition qui peuvent être le soudage, l'ébavurage, le traitement de surface etc... L'état de la technique actuelle, permet de réaliser les opérations de poinçonnage d'une manière extrêmement rapide avec un maximum de qualité, les opérations de calcul du flan à plat et de poinçonnage étant traitées par informatique sur des machines à poinçonner ou découpe laser à commande numérique. Cependant, si une telle exécution des pièces à poinçonner est mécanisée, on constate par ailleurs, que l'opération de contrôle ne l'est pas et qu'il s'agit d'une opération chère car longue, fastidieuse et de plus soumise aux erreurs que peut commettre le technicien de contrôle. A l'heure actuelle, cette opération de contrôle est réalisée manuellement par le technicien après arrêt de la machine à poinçonner. Il s'agit par conséquent de moyens de contrôle infiniment longs par rapport au temps d'exécution. Afin de remédier à ces inconvénients, la présente invention propose une mécanisation des opérations de contrôle afin d'en abaisser le coût, d'augmenter la qualité de ce contrôle et de diminuer ainsi de façon considérable les temps d'immobilisation pour contrôle des machines de production. A cet effet, l'installation selon l'invention pour le contrôle des pièces mécaniques planes et notamment de tôlerie après opération d'usinage, comprend un calculateur machine propre & traduire le plan développé de la pièce à usiner en instructions de contrôle et assurant le déplacement programmé relatif d'une source laser et-de la pièce à contraler, le long des bords usinés de ladite pièce, de manière à mesurer le long de ce déplacement relatif l'absence ou la présence de matière en fonction de l'instruction de contrôle reçue, ladite pièce (2) étant disposée sur une table (4) munie de deux axes horizontaux perpendiculaires. Dans une première forme de réalisation de l'installation selon l'invention, le poste de contrôle est intégré à la machine à usiner. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, le poste de contrôle selon l'invention est autonome. De façon préférentielle, ce poste autonome comprend une table de contrôle sur laquelle est placée la pièce à contrôler, ainsi qu'un dispositif électrique et électronique de déplacement croisé de la source laser permettant une lecture de celleci selon deux axes horizontaux perpendiculaires, ces déplacements croisés étant programmés par ledit calculateur machine. De plus, la présente invention concerne un procédé pour le contrôle de pièces mécaniques planes après exécution des opérations de poinçonnage, ce procédé consistant à rentrer les informations du plan à exécuter dans ledit calculateur-machine, cedit calculateur-machine effectuant alors, grâce à des moyens informatiques, les calculs de côtes au milieu de tolérance et la détermination du cheminement relatif de ladite sourcelaser et de la pièce à contrôler, la valeur obtenue grâce à la lecture laser étant comparée au paramètre rentré dans ledit calculateur-machine lors de la programmation D'autres réalisations et avantages de l'invention résulteront de la description qui va suivre en référence aux figures annexées, à savoir - figure 1 : installation selon l'invention du type intégré à la machine à poinçonner - figure 2 : installation de contrôle autonome selon l'invention - figures 3 et 4 : représentation de la lecture de la source laser à partir de la diffusion du rayon laser au contact de la matière -figures 5 et 6 : lecture de la source laser à partir de la réflexion du rayon en l'absence de matière. De façon connue, actuellement, la plupart des machines à usiner sont des machines à commande numérique, c'est-à-dire que les déplacements en X et Y (figure 1), les ordres de poinçonnage et le choix de l'outil adéquat sont gérés par un calculateur qui contact le parc-outillage et la pièce finie qu'il faut obtenir, ces informations étant rentrées dans un calculateur par un technicien-programmeur. L'installation selon l'invention selon les figures 1 et 2, intervient une fois que la machine a commande numérique a exécuté l'opération de poinçonnage. Selon l'art antérieur, on sort la pièce mécanique plane de la machine à usiner pour la contrôler par des moyens conventionnels. Selon la présente invention, l'installation pour le contrôle de pièces mécaniques planes et notamment de tôlerie après opération d'usinage comprend un calculateur- machine (1) propre à traduire le plan développé de la pièce à contrôler (2) en instructions de contrôle et assurant le déplacement relatif programmé d'une source laser (3) et de la pièce à contrôler (2) le long des bords usinés de ladite pièce (2), de manière à mesurer le long de ce déplacement relatif l'absence ou la présence de matière, ladite pièce (2) étant disposée sur une table (4) munie de deux axes horizontaux (X, Y) perpendiculaires. Dans le premier cas de réalisation de l'invention selon la figure 1, l'installation de contrôle est intégrée à la machine à usiner, la pièce (2), une fois poinçonnée, étant ensuite contrôlée par le calculateur-machine (1) propre à la machine d'exécution de l'usinage. Dans cette hypothèse, préférentiellement, seule la pièce à contrôler (2) se déplace par rapport à la source laser (3), la table (4) étant constituée par le poste d'exécution. Dans ce cas de figure, il suffit de rentrer dans ledit calculateur machine (1), les tolérances d'usinage de façon à ce qu'à partir des informations du plan développé de la pièce (2) à usiner, ledit calculateur (1) exécute lui-même les calculs au milieu de la tolérance tandis qu'un logiciel spécifique nouveau va traduire ces informations en instructions de contrôle de manière à déterminer le cheminement relatif de la source laser (3). Dans le cas où la machine à poinçonnèr est une machine à commande numérique où les outils traditionnels sont remplacés par une tête de découpe au laser, le contrôle s'effectue alors de la même façon à l'aide de la même tête à rayon laser après avoir diminué la puissance du rayon pour passer de la découpe à la lecture. Selon une autre forme de réalisation de l'invention selon la figure 2, l'installation de contrôle est autonome et comprend ladite table de contrôle (4) sur laquelle est disposée la pièce à contrôler (2), cette installation de contrôle comprenant également un dispositif électrique et électronique de déplacement croisé de la source laser (3) selon deux axes horizontaux (X, Y) perpendiculaires programmés par ledit calculateur machine (1). Comme représenté sur la figure 2, le dispositif électrique et électronique permettant les déplacements croisés de 1a source laser (3) selon les deux axes horizontaux perpendiculaires (X, Y), est constitué pour chacun des deux axes (X,Y) par une vis (5, 6) actionnée par un moteur (7,8) muni d'un codeur angulaire ou d'un moteur pas à pas, chaque vis (5,6) entrainant par l'intermédiaire d'un palier (9, 10), la tête de lecture laser (3) sur chacun des deux axes (X,Y) dans les deux sens. De cette manière, ces deux mouvements combinés à l'aide dudit calculateur-machine (1) permettent A la tête de lecture laser (3) de couvrir toute la surface de ladite table (4) de contrôle. Enfin, comme représenté sur les figures 3 à 6, la lecture à l'aide de la source laser (3) au cours de son déplacement relatif par rapport à la pièce (2) sur les bords usinés de la pièce à contrôler (2), peut être effectuée à partir de la diffusion du rayon laser (11) au contact de la matière (12) constituant la pièce (2), la pièce (2) à contrôler étant alors fixe ou pouvant se déplacer sur ladite table de contrôle (4). De cette manière, lorsqu'il n'y a pas de matière (12) comme représenté sur la figure 3, la lecture de la source laser (3) indique l'absence de matière tandis que la figure 4 représente la lecture de la source laser (3) en présence de matière, puisqu'il y a diffusion du rayon laser (11) au contact de la matière (12), cette diffusion étant captée par un capteur (13). D'autre part, comme représenté sur les figures 5 et 6, la lecture de la tête laser (3) peut être effectuée à partir de la réflexion dudit rayon laser (11) sur un miroir (14) en l'absence de matière (12), la pièce à contrôler (2) étant alors déplacée sur ladite table de contrôle (4) et la source laser (3) restant fixe. Comme représenté sur la figure 5, la lecture de la source laser (3) en l'absence de matière (12) correspond au niveau 1 puisque dans ce cas, le miroir (14) reflète ledit rayon laser (11) capté par le capteur (13). De même en présence de matière (12), la lecture de la source laser (3) correspond alors au niveau 0 puisqu'aucune réflexion du rayon laser (11) n'est captée par le capteur (13). Enfin, la présente invention concerne également le procédé pour le contrôle de pièces mécaniques planes et notamment de tôlerie après exécution des opérations de poinçonnage, ce procédé consistant à rentrer les informations du plan développé à exécuter dans ledit calculateur-machine (1), cedit calculateur- machine (1) effectuant alors, grâce à des moyens informatiques, les calculs des côtes au milieu de tolérance et la détermination du cheminement relatif du faisceau laser (3) et de la pièce (2), la valeur obtenue grâce à la lecture laser étant alors comparée au paramètre rentré dans ledit calculateur-machine (1) lors de la programmation, cette opération de contrôle étant réalisée sous forme de tests successifs selon le nombre d'usinages de forme différente que comporte la pièce à usiner. De même, dans toutes les installations de contrôle selon l'invention, qu'elles soient intégrées à la machine à usiner ou autonome, ledit calculateur-machine (1) selon l'invention est apte à enregistrer les écarts de tolérance entre les informations données par la lecture de la source laser (3) et celles programmées par le calculateur (I), ces informations étant intégrées et validées, soit directement et automatiquement dans le programme initial d'usinage, soit manuellement afin de modifier les paramètres d'usinage en cas d'écart hors tolérance. Ceci est très important, notamment pour la correction après poinçonnage des pièces fabriquées en "grappe", où des défauts liés à l'écrouissement du métal d'une part et à la libération de contraintes internes dans le métal d'autre part, engendrent des défauts importants qu'on ne peut pas prévoir systématiquement et qu'il convient de corriger à l'exécution. L'exemple ci-dessous de réalisation d'une opération de contrôle permet de mettre en évidence comment s'effectue les opérations de calcul dans ledit calculateur-machine (1) : Pour usiner un trou de diamètre 10 + 0,5 mm dans un rectangle de tôle épaisseur 1 mm de 200 mm x 200 mm par rapport à un angle d'origine, les côtes étant les suivantes X = 50 + 0,5, Y = 75 - 0,5 l'opérateur va programmer le calculateur de la machine à usiner en rentrant les instructions suivantes : X150125 Y = 74,75 Diamètre = 10,2. La machine va alors exécuter cette opération de poinçonnage. Selon l'invention, l'opérateur va rentrer dans ledit calculateurmachine (1), les informations du plan, à savoir X = 50 + 0,5 Y = 75 - 0,5 Diamètre = 10 + 0,5, ledit calculateur (1) effectuant lui-même les calculs au milieu de tolérance et déterminant le cheminement du faisceau-laser grâce à un logiciel spécifique. Selon cet exemple, à partir de l'origine O (figure 1), la pièce se déplacera de 50,25 mm sur X et s'arrêtera, puis de déplacera sur Y et la machine va mémoriser deux informations a) une valeur de Y, soit Y1, qui sera la côte entre l'origine 0 et le bord du trou de diamètre 10 rencontré par le faisceau laser ; b) une autre valeur de Y, soit Y2, qui sera la côte au moment ou le faisceau retrouve la matière de l'autre côté du trou. Le calculateur (1) effectue l'opération suivante Y = Y1 + Y2 2 et compare la valeur obtenue ou paramètre rentré lors de la programmation, à savoir Y = 75 - 0,5. Si les deux informations sont compatibles, on continue la séquence de tests, sinon le calculateur affiche l'écart trouvé, et peut, le cas échéant, effectuer directement la modification de la côte de poinçonnage dans le programme de poinçonnage. On procède de la même manière pour localiser l'axe X et le calculateur (1) fera le calcul suivant : X = X1 + X2 2 et compare cette valeur X obtenue au paramètre rentré lors de la programmation. Le faisceau laser ayant reconnu le centre du trou de diamètre 10, il ne lui reste plus qu'à effectuer le contrôle du pourtour du trou de diamètre 10 et l'opération sera achevée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la description et on peut y apporter de nombreuses modifications sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Installation pour le contrôle de pièces mécaniques planes, notamment de tôlerie après opération d'usinage, caractérisée en ce qu'elle comprend un calculateur machine (1) propre à traduire le plan développé de la pièce à contrôler (2) en instructions de contrôle et assurant le déplacement relatif programmé d'une source laser (3) et de la pièce (2) le long des bords usinés de ladite pièce (2) de manière à mesurer le long de ce déplacement relatif l'absence ou la présence de matière, ladite pièce (2) étant disposée sur une table (4) munie de deux axes horizontaux (X, Y) perpendiculaires. 2) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est intégrée à la machine d'exécution des pièces mécaniques, la pièce (2), une fois exécutée étant ensuite contrôlée grâce au calculateur machine (1) propre à la machine d'exécution, ladite pièce (2) à contrôler se déplaçant par rapport à la source-laser (3) fixe, et la table (4) correspondant au poste d'exécution luiaême. 3) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il s'agit d'un poste autonome comprenant une table de contrôle (4) sur laquelle est disposée la pièce (2) à contrôler ainsi qu'un dispositif électrique et électronique de déplacement croisé permettant le déplacement, de ladite tête de lecture laser (3) selon deux axes horizontaux (X, Y)perpendiculaires, programmé par ledit calculateur machine (1). 4) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit dispositif électrique et électronique permettant les déplacements croisés de ladite tête de lecture laser (3) selon deux axes horizontaux perpendiculaires (X, Y) est constitué pour chacun des deux axes (X, Y) par une vis (5,6) actionnée par un moteur (7,8) muni d'un codeur angulaire ou moteur pas-a-pas, chacune desdites vis (5, 6) entraînant par l'intermédiaire respectivement d'un palier (9, 10) la tête de lecture laser (3) sur chacun desdits axes (X, Y) dans les deux sens. 5) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la lecture de la source laser (3) au cours de son déplacement relatif par rapport à la pièce (2) est effectuée å partir de la diffusion du rayon laser (11) au contact de la matière (12) de la pièce (2) à contrôler, cette dite pièce (2) étant fixe ou pouvant se déplacer sur ladite table de contrôle (4) ou le poste d'exécution. 6) Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la lecture de ladite source laser {3) est effectuée à partir de la réflexion dudit rayon laser (11) sur un miroir (14) en l'absence de matière (12), ladite pièce de tôlerie (2) étant alors déplacée sur ladite table de contrôle (4) et la source laser (3) étant fixe. 7) Procédé pour le contrôle de pièces mécaniques, notamment de tôlerie après opération d'usinage caractérisé en ce qu'il consiste à rentrer les informations du plan à exécuter pour ladite pièce (2) dans ledit calculateur machine (1), cedit calculateur machine (1) effectuant, grâce à des moyens informatiques, les calculs des côtes au milieu de tolérance et la détermination du cheminement relatif du faisceau laser (3) et de la pièce (2), la valeur obtenue grâce à la lecture laser étant alors comparée au paramètre rentré dans ledit calculateur machine (1) lors de la programmation, cette opération étant répétée autant de fois qu'il y a d'usinages dans la pièce à usiner. 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les informations données par la tête de lecture laser (3) au calculateur (1) sont ensuite directement intégrées et validées dans le programme initial d'usinage de la machine à usiner dans le cas où les écarts entre les informations données par la tête de lecture (3) et les valeurs programmées sont hors tolérance. 9) Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, le poste de contrôle étant intégré à la machine d'exécution constituée par une machine à découpe laser, caractérisé en ce qu'on effectue le contrôle grâce à la lecture de la tête à rayon laser (3) ayant servi à la découpe, après avoir diminué la puissance du rayon pour passer de la découpe à la lecture.