Brevet FR2701229A1 — publié le 19940812

Procédé de découpe automatique d'une matière souple en feuille La présente invention concerne un procédé de découpe automatique d'une matière souple en feuille par commande du déplacement relatif entre la matière et une lame de coupe le long d'un chemin de coupe comprenant plusieurs trajectoires raccordées entre elles. Plus particulièrement, l'invention est relative à la commande de la rotation de la lame de coupe au passage d'un angle formé par deux trajectoires consécutives du chemin de coupe. Un domaine d'application de l'invention est celui des machines de découpe à commande numérique utilisées pour la découpe de tissus, feutres, cuir ou autres -matériaux souples en feuille dans l'industrie de la confection, de l'ameublement... Avec ces machines, la découpe est effectuée au moyen d'une lame vibrante portée par une tête de coupe et déplacée à travers la matière souple en feuille, celle-ci étant fréquemment disposée en nappes superposées formant un matelas. La lame de coupe est déplacée au sein de la matière le long d'un chemin de coupe qui reproduit une découpe à réaliser et qui est formé de trajectoires (portions de droites et éventuellement portions de courbes) raccordées entre elles. Sur chaque trajectoire, la lame est déplacée en étant orientée sensiblement tangentiellement à la trajectoire, avec une vitesse et une accélération de coupe déterminées. La vitesse et l'accélération de coupe sont fixées par l'opérateur ou sont contenues dans un fichier de commande d'un calculateur hôte ou d'une mémoire d'un support de stockage amovible (cassette, bande magnétique, disquette, disque dur,...). Ainsi, pour une trajectoire donnée, la lame de coupe est initialement accélérée, à une accélération de coupe maximale prédéterminée jusqu'à atteindre (éventuellement) une vitesse de coupe maximale prédéterminée, avant d'être ralentie, le cas échéant jusqu'à une vitesse nulle, pour aborder la trajectoire suivante. Les vitesse et accélération de consigne ainsi déterminées pour décrire une trajectoire sont ci-après désignées par vitesse et accélération tangentielles. Lors de la découpe de la matière souple en feuille, des interactions entre la matière et la lame peuvent conduire celle-ci à se détourner du chemin de coupe désiré ou à fléchir dans l'épaisseur du matelas. I1 en résulte des défauts géométriques au niveau des pièces découpées. Des solutions ont été décrites pour réduire les défauts de coupe en atténuant les efforts latéraux exercés sur la lame de coupe. Ainsi, dans le brevet FR 2388 337 il est proposé d'utiliser un capteur pour détecter ces efforts latéraux et orienter la lame dans une direction qui s'écarte de la tangente à la trajectoire pour équilibrer les efforts sur chaque côté de la lame. Toutefois, ces solutions connues ne permettent pas de résoudre les difficultés qui sont rencontrées au passage d'angles entre des trajectoires consécutives du chemin de coupe. Au passage d'un angle, une rotation de la lame est nécessaire pour que celle-ci reste tangente à la trajectoire qu'elle décrit. Du fait que la rotation ne peut être instantanée au moment où la lame atteint le sommet de l'angle, une technique connue consiste à effectuer la rotation sur une distance prédéterminée avant et après le passage du sommet. Cette technique présente plusieurs inconvénients. La durée de rotation est déterminée par le temps mis par la lame pour parcourir la distance déterminée avant et après le sommet de l'angle; elle est donc très corrélée à l'accélération tangentielle de la lame. En effet, si la décélération tangentielle de la lame avant d'atteindre le sommet de l'angle et l'accélération tangentielle de la lame après passage du sommet sont grandes, la durée de rotation est petite et impose une grande vitesse de rotation. En outre, la durée de rotation ne dépend pas de la valeur de l'angle, de sorte que la vitesse de rotation sera d'autant plus élevée que l'angle de rotation de la lame est grand.Or, une vitesse élevée de rotation engendre des efforts latéraux importants sur la lame et un fléchissement de celle-ci. I1 en résulte un défaut géométrique de coupe pour les nappes de matière en feuille à l'intérieur et à la base du matelas. Afin de diminuer le risque de flexion de la lame, il peut être envisagé d'augmenter la distance sur laquelle la rotation a lieu. Mais, plus cette distance est grande, plus la vitesse de coupe est susceptible d'être élevée au début et à la fin de la rotation. Si la lame est contrainte à se déplacer en travers par rapport à la trajectoire à une vitesse élevée, après avoir commencé ou avant d'avoir terminé sa rotation, la qualité de coupe est altérée et le risque de casse de la lame est élevé. Ces inconvénients peuvent conduire à la nécessité de lever la lame hors de son engagement avec la matière en feuille pour effectuer sa rotation au niveau des angles du chemin de coupe, ce qui dégrade la productivité. La présente invention a pour but de proposer un procédé de découpe automatique d'une matière en feuille en une ou plusieurs couches grâce auquel la rotation de la lame de coupe dans les angles est effectuée sans entraîner les inconvénients précités. En particulier, l'invention a pour but de proposer un procédé permettant d'effectuer la rotation de la lame de coupe en minimisant les risques de flexion et de casse de celle-ci et avec une qualité de coupe et une productivité améliorées. Ces buts sont atteints grâce à un procédé selon lequel: - la découpe est réalisée par commande automatique du déplacement relatif entre la matière et la lame de coupe le long du chemin de coupe, en fonction de vitesse et d'accélération tangentielles de consigne déterminées sur chaque trajectoire, - au passage d'un angle raccordant une première trajectoire à une deuxième trajectoire, une rotation de la lame de coupe est commandée pendant son déplacement au sein de la matière pour passer automatiquement d'une première orientation dans laquelle la lame est sensiblement tangente à la première trajectoire à a une deuxième orientation dans laquelle la lame est sensiblement tangente à la deuxième trajectoire, procédé dans lequel, selon l'invention:: - la rotation de la lame est accomplie à une vitesse moyenne de rotation prédéterminée sur un parcours de rotation constitué par une partie de longueur prédéterminée de la première trajectoire et/ou de la deuxième trajectoire qui se termine ou commence au sommet de l'angle ou inclut celui-ci. Selon une particularité du procédé conforme à l'invention, la vitesse moyenne de déplacement de la lame de coupe le long du parcours de rotation est corrélée à la vitesse moyenne de rotation de la lame et à la valeur de l'angle, tandis que le déplacement de la lame de coupe sur la première et/ou la deuxième trajectoire hors du parcours de rotation est effectué à des vitesse et accélération de coupe tangentielles déterminées pour cette trajectoire ou ces trajectoires. I1 pourra être prévu que la vitesse instantannée de déplacement de la lame de coupe soit corrélée à la vitesse instantanée de rotation de la lame. Ainsi, le procédé est remarquable en ce que la vitesse de rotation de la lame est maîtrisée, et n'est pas liée aux vitesses et accélérations tangentielles de consigne de la lame sur les trajectoires. Sur le parcours de rotation, le déplacement de la lame est effectué avec une vitesse corrélée à celle de rotation de la lame. Sur le parcours de rotation, il y a donc inhibition de la commande du déplacement de la lame à partir des vitesses et accélérations tangentielles de consigne, et uniquement sur celui-ci. La longueur du parcours de rotation de la lame est choisie de manière à minimiser les efforts latéraux sur la lame pendant la rotation, donc à diminuer la flexion de la lame et obtenir un meilleur respect de la géométrie, en particulier pour les nappes situées en dessous du matelas lorsque la découpe est effectuée sur une pluralité de nappes superposées. La vitesse moyenne de rotation est choisie par l'opérateur en fonction du compromis souhaité entre qualité de coupe -qui suppose une vitesse de rotation plutôt faible- et productivité -qui suppose une vitesse plutôt élevée-. n est possible de décrire des angles importants sans qu'il soit nécessaire de lever la lame de coupe, d'où une amélioration de la productivité. En outre, le procédé selon l'invention a permis de réaliser des découpes comprenant des crans en V avec une très bonne qualité, y compris dans des matériaux durs. Or, des crans en V nécessitent l'accomplissement par la lame de trois rotations successives, dans des sens inverses, et le procédé de l'art antérieur ne -permettrait pas, dans un tel cas, d'obtenir une découpe bien nette. De plus, du fait que la vitesse de rotation de la lame n'est pas corrélée à l'accélération tangentielle de la lame sur sa trajectoire, au contraire de l'art antérieur, il est possible d'augmenter cette accélération sans dégrader la qualité de coupe, et donc d'améliorer la productivité. Enfin, la maîtrise des efforts exercés sur la lame permet d'augmenter la durée de vie de la lame et de la tête de coupe de la machine. D'autres particularités du procédé selon l'invention, ressortiront à la lecture de la description donnée ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un diagramme illustrant très schématiquement une installation de découpe dans laquelle un procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre, - les figures 2A, 2B et 2C montrent de façon très schématique des positions prises par la lame lors de sa rotation au passage d'un angle raccordant deux trajectoires consécutives d'un chemin de coupe, et - la figure 3 est un organigramme montrant les étapes successives de la commande de la rotation d'une lame de coupe, selon un mode de mise en oeuvre de l'invention. Des machines de coupe automatiques à commande numérique permettant la découpe d'une matière souple en feuille, notamment de plusieurs nappes superposées d'une telle matière, le long d'un chemin de coupe prédéterminé, sont connues, en particulier dans le domaine de la confection. La découpe est effectuée au moyen d'une lame vibrante 10 portée par une tête de coupe 12. Celle-ci est déplacée suivant deux axes orthogonaux X,Y par rapport à une table horizontale 20 portant un matelas 22 constitué de nappes supperposées 24 de matière souple en feuille. Le matelas peut être maintenu sur la table par aspiration. La tête de coupe 12 porte un moteur (non représenté) qui impartit à la lame un mouvement vertical alternatif de vibration, et un moteur (non représenté) qui permet d'orienter la lame par rotation autour d'un axe vertical 14. La tête de coupe comprend en outre un actionneur (non représenté) permettant de lever la lame 10 au dessus du matelas 22 ou de l'abaisser à l'intérieur de celui-ci. Les déplacements de la tête de coupe en X et en Y sont commandés par des moteurs respectifs 32, 34 à partir de signaux fournis par une unité de commande 40. L'unité 40 peut par exemple consister en un calculateur. Les déplacements de la tête de coupe sont commandés par le calculateur 40, pour permettre la découpe du matelas 22 suivant un chemin de coupe prédéterminé. A cet effet, le chemin de coupe est décomposé en trajectoires élémentaires (segments de droite et éventuellement portions de courbes) raccordées les unes aux autres. Pour chaque trajectoire, la vitesse et l'accélération de la lame pour son déplacement de coupe le long de la trajectoire sont déterminées par le calculateur 40. Le calculateur 40 commande également les moteurs d'entraînement de la lame de coupe en vibration et en rotation, ainsi que le lever et l'abaisser de la lame de coupe. Une machine telle que succinctement décrite ci-avant est bien connue de l'homme de l'art de sorte qu'une description plus détaillée n'est pas nécessaire. Avec ce type de machine, une difficulté réside dans la commande de la rotation de la lame autour de son axe vertical, lors du passage d'un angle A entre une trajectoire T1 et une trajectoire T2, pour faire en sorte que la lame passe d'une orientation tangente à la trajectoire T1 à une orientation tangente à la trajectoire T2, tout en respectant la géométrie souhaitée pour la découpe. Conformément à l'invention, cette rotation est effectuée à une vitesse de rotation moyenne Vr prédéterminée, sur un parcours de rotation de longueur Dr prédéterminée située d'un côté ou de l'autre du sommet de l'angle A, ou de part et d'autre du sommet. Dans l'exemple illustré par la figure 2A, le parcours de rotation est un segment de longueur Dr délimité par le sommet O de l'angle A et un point B sur la trajectoire T2 parcourue après la trajectoire T1. La vitesse de rotation Vr est choisie de manière à réaliser un compromis entre des impératifs de qualité de coupe et de productivité. La valeur Vr varie selon la nature et le nombre des nappes 24 constituant le matelas 22. La distance Dr est choisie de manière que, compte tenu de la vitesse moyenne de rotation Vr et de la géométrie de la lame (distance I entre le fil tranchant et l'arrière de la lame), la résultante des efforts latéraux s exerçant sur la lame soit minimisée. A titre indicatif, pour un matelas de 50 feuilles de denim, la vitesse moyenne de rotation Vr peut être choisie à une valeur égale environ à 600 degrés/s et la distance de rotation Dr à une valeur égale environ à 5 mm avec une lame pour laquelle 1=8 mm. La commande et le déroulement de la rotation de la lame au passage de l'angle A ressortent de l'organigramme de la figure 3. Les trajectoires élémentaires constituant le chemin de coupe sont reçues (phase 101) et traitées (phases 102). L'angle A entre une trajectoire T1 et une trajectoire T2 (Cest-à-dire l'angle dont la lame doit tourner pour passer d'une orientation tangente à T1 à une orientation tangente à T2) est comparé à une valeur minimale A1 et une valeur maximale A 2 (test 103). Si A Si l'angle A > A2, la rotation est très importante. Elle est effectuée, dès que la lame a terminé la trajectoire T1 avec une vitesse nulle, par lever de la lame hors de la matière, rotation de la lame et ré-introduction de la lame dans la matière (phase 106). A titre indicatif, pour l'exemple indiqué plus haut, les valeurs de Al et A2 peuvent être choisies égales respectivement à 10 et à 120s. Si l'angle A est tel que Aî La longueur D2 de la trajectoire T2 est comparée à la valeur prédéterminée Dr (test 107). Si D2 D2, par exemple inférieure à D2 de 1/lOmm (phase 108). Le 1/10 mm restant est effectué à l'accélération et vitesse tangentielle de consigne, avant une nouvelle rotation de la lame. Le but est de terminer le parcours de rotation caractérisé par la maitrise de la vitesse de rotation et de reprendre le régime de déplacement normal. Le temps Tr de rotation de la lame est calculé (phase 109) en effectuant Tr = A/Vr. Si Tr est inférieur à une valeur minimale Trl (test 110), la valeur de Vr est diminuée pour être égale à A/Trl (phase 111). En effet, la durée Tr, qui représente aussi le temps mis par la lame pour parcourir la distance Dr ne doit pas être trop petite au risque d'imposer à la tête de coupe une accélération trop importante pour que la lame parvienne à l'extrémité du parcours de rotation en même temps que la rotation se termine. La vitesse moyenne Dr/Tr de déplacement de la lame de coupe sur le parcours de rotation est corrélée à la vitesse moyenne de rotation et à l'angle A puisque Drffr = Dr x (Vr/A). La loi d'accélération et de vitesse de déplacement de la lame en fonction du temps sur le parcours de rotation est déterminée en fonction de la vitesse moyenne Dr/Tr, et compte tenu des accélération et vitesse maximales acceptables (phase 112). n pourra être fait en sorte que la vitesse instantanée de déplacement de la lame de coupe sur le parcours de rotation soit corrélée à la vitesse instantanée de rotation. Ensuite, la rotation de la lame et son déplacement sur le parcours de rotation sont commandés (phase 113). Pendant la rotation, l'angle de rotation instantané Ai accompli par la lame est calculé à des temps Ti successifs comptés depuis l'origine de la rotation, selon la relation Ai = A x f (Ti,Tr), par exemple Ai = A x Çti/Tr). Dès que Ai > A (test 114), le parcours de rotation est terminé (phase 115). Le reste de la trajectoire T2 est ensuite accompli (phase 118) en tenant compte des consignes de vitesse et accélération tangentielles, prédéterminées pour la distance D2-Dr. Dans ce qui précède, le parcours de rotation de longueur Dr est placé au début de la trajectoire T2. il est possible, en variante, de la placer à la fin de la trajectoire T1 (figure 2B) ou de part et d'autre du sommet de l'angle A (figure 2C). Dans tous les cas, le parcours de rotation commence ou se termine au sommet de l'angle, ou inclut celui-ci. REVENDICATIONS 1. Procédé de découpe automatique d'une matière souple en feuille le long d'un chemin de coupe comprenant plusieurs trajectoires raccordées entre elles, procédé selon lequel: - la découpe est réalisée par commande automatique du déplacement relatif entre une lame de coupe et la matière le long du chemin de coupe, en fonction de vitesse et d'accélération tangentielles de consigne déterminées sur chaque trajectoire, - au passage d'un angle raccordant une première trajectoire à une deuxième trajectoire, une rotation de la lame de coupe est commandée pendant son déplacement au sein de la matière pour passer automatiquement d'une première orientation dans laquelle la lame est sensiblement tangente à la première trajectoire à une deuxième orientation dans laquelle la lame est sensiblement tangente à la deuxième trajectoire, caractérisé en ce que:: - la rotation de la lame est accomplie à une vitesse moyenne de rotation prédéterminée sur un parcours de rotation constitué par une partie de longueur prédéterminée de la première trajectoire et/ou de la deuxième trajectoire qui se termine ou commençe au sommet de l'angle ou inclut celui-ci. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse moyenne de déplacement de la lame de coupe le long du parcours de rotation est corrélée à la vitesse moyenne de rotation de la lame et à la valeur de l'angle, tandis que le déplacement de la lame de coupe sur la première et/ou la deuxième trajectoire hors du parcours de rotation est effectué à des vitesse et accélération de coupe tangentielles déterminées pour cette trajectoire ou ces trajectoires. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la vitesse instantannée de déplacement le long du parcours de rotation est corrélée à la vitesse instantannée de rotation, tandis que le déplacement de la lame de coupe sur la première et/ou la deuxième trajectoire hors du parcours de rotation est effectué à des vitesse et accélération de coupe tangentielles déterminées pour cette trajectoire ou ces trajectoires. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la rotation de la lame de coupe est effectuée sur un parcours de rotation constitué par une partie de longueur prédéterminée au début de la deuxième trajectoire. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu il est mis en oeuvre lorsque l'angle entre la première et la deuxième trajectoire est au plus égal à une valeur maximale prédéterminée au-delà de laquelle la rotation de la lame est effectuée, à la fin de la première trajectoire, hors de la matière. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu il est mis en oeuvre lorsque l'angle entre la première et la deuxième trajectoire est au moins égal à une valeur minimale prédéterminée en-decà de laquelle la rotation de la lame est effectuée au sein de la matière, sur une distance prédéterminée de part et d'autre du sommet de l'angle, pendant le déplacement de la lame de coupe aux vitesses et accélérations tangentielles de consigne déterminées pour la première et la deuxième trajectoire. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 4, caractérisé en ce que, lorsque le parcours de rotation a une longueur supérieure à celle de la trajectoire sur laquelle il est situé, la longueur du parcours de rotation est réduite pour se terminer au plus à l'extrémité de la trajectoire. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend le calcul de la durée de rotation en fonction de la valeur de l'angle et de la valeur de la vitesse moyenne de rotation prédéterminée, et le choix d'une nouvelle valeur de la vitesse moyenne de rotation inférieure à la valeur prédéterminée, lorsque le temps de rotation calculé est inférieur à un seuil minimum prédéterminé.