Brevet FR2828424A1 — publié le 20030214

Dispositif de contrôle de l'usure et/ou du bris d'outil pour machine outil L'invention se rattache au secteur technique des moyens de mesure des paramètres d'un réseau triphasé, notamment la tension, le courant, le déphasage et la fréquence, en ayant pour objectif de calculer les grandeurs physiques caractéristiques, telles que la puissance active, l'énergie, le couple électrique, les courants actifs, les courants réactifs,... Il est notamment apparu important de pouvoir mesurer ces différents paramètres, d'une manière indépendante, pour calculer en conséquence la formule que l'on veut en combinaison avec un logiciel approprié ou autre. Une solution avantageuse apte à résoudre ce problème ressort de l'enseignement du brevet FR 2.531. 077 qui concerne un dispositif de mesure des paramètres d'un réseau triphasé comprenant essentiellement des moyens aptes à mesurer le courant sur au moins une des phases du réseau et des moyens aptes à mesurer les tensions composées pour recréer un neutre 'f"el af artificiel afin d'obtenir les trois tensions simples. a Ce dispositif de mesure trouve une application particulièrement avantageuse pour le contrôle de l'usure et/ou du bris d'un outil d'une machine-outil à moteur triphasé synchrone ou asynchrone notamment. Ce dispositif utilise la mesure de la puissance et de l'énergie absorbées par le moteur d'entraînement de la broche porte-outils afin de connaître l'état desdits outils. En effet, il est apparu que, lorsque deux usinages par exemple sont réalisés dans les mêmes conditions avec des outils identiques, l'énergie absorbée est la même. Par contre, une usure des outils génère une augmentation de l'énergie. Lors d'un cycle d'apprentissage, le dispositif mémorise la puissance instantanée. Pendant les cycles de travail, le dispositif mesure et calcule en temps réel la puissance et l'énergie, et les compare à celles absorbées lors de la phase d'apprentissage. Si la puissance ou l'énergie absorbée en cycle de travail est supérieure à la puissance ou l'énergie mémorisée, avec un coefficient déterminé, cela signifie que le dispositif détecte une usure ou une casse d'outil. Selon l'état antérieur de la technique, ce dispositif de contrôle d'usure et de bris d'outil, est indépendant des autres éléments ou modules nécessaires à la commande et au pilotage du moteur et à la mesure de certains paramètres électriques. Par exemple, dans la forme de réalisation illustrée figure 1, le moteur (M) est relié au réseau triphasé (R) par l'intermédiaire d'un module (A) présentant, d'une manière parfaitement connue pour un homme du métier, tout système de pilotage tel que variateur de vitesse, convertisseur de fréquence,.... Ce module de pilotage est lui-même assujetti à un module de commande numérique (B) ou autre organe de commande tel qu'un automate via une liaison analogique ou un bus numérique (a). A la sortie du module (A), les trois phases du réseau sont connectées à un système (CA), capteur des mesures électriques (puissance, courant,...). Le capteur de mesures électriques (CA), via une liaison analogique ou un bus numérique (b), est relié au dispositif de contrôle d'usure et de bris d'outil en tant que tel (D). Le module (D) est relié au module de commande (B) par une liaison filaire ou un bus de terrain (c). A la figure 2, qui montre une autre forme de réalisation selon l'état antérieur de la technique, le capteur de mesure électrique (CA) n'est plus isolé, mais intégré au module de pilotage du moteur. Par contre, le module (D) relatif au dispositif de contrôle et de bris d'outil, est toujours indépendant. A partir de cet état de la technique, les problèmes que se propose de résoudre l'invention sont de simplifier l'installation et le câblage, de réduire l'encombrement nécessaire à un système de contrôle d'usure et/ou de bris d'outil dans l'armoire électrique, et de supprimer les inconvénients liés à la transmission des mesures entre le capteur et le dispositif de contrôle. Dans ces conditions, il est possible d'augmenter la fiabilité, la rapidité et la précision de l'ensemble constitué par un automate, un contrôleur d'usure et de bris d'outil et un système de mesure électrique, en permettant à l'automate de commande de se brancher directement au système unique : mesure électrique et contrôleur d'usure et/ou de bris d'outil. Pour résoudre de tels problèmes, il a été conçu et mis au point un dispositif de contrôle d'usure et de bris d'outil pour machine outil, remarquable en ce qu'il comprend : - Un module de commande. - Un système de pilotage du moteur d'entraînement de l'outil. Un module unique de mesure électrique, traversé entièrement par les trois phases d'alimentation du moteur, apte notamment à mesurer la puissance active et/ou les courants actifs absorbés par le moteur, et intégrant des moyens de contrôles numériques de l'usure et/ou du bris de l'outil en comparaison avec une courbe de référence établie lors d'un premier usinage effectué par l'outil. Compte tenu de l'intégration de la mesure des grandeurs électriques, et du contrôle d'usure et de bris d'outil, il est important que la présence des signaux de puissance au niveau de la mesure, ne perturbent pas le reste, afin de limiter tout risque de dysfonctionnement susceptible de résulter d'une telle compacité. Pour résoudre un tel problème, le module de mesures électriques et le moyen de contrôle numérique de l'usure et de bris d'outil, sont isolés galvaniquement et/ou électromagnétiquement. A partir du concept de base de l'invention, qui est de pouvoir intégrer au maximum différentes fonctions : - soit le système de pilotage du moteur d'entraînement de l'outil et le module de mesures électriques et de contrôle de l'usure et du bris d'outil, sont intégrés dans un même ensemble ; - soit le module de commande et le module de mesures électriques et de contrôle de l'usure et du bris d'outil, sont intégrés dans un même ensemble ; - soit le module de commande, le système de pilotage du moteur d'entraînement de l'outil et le module de mesures électriques et de contrôle de l'usure et du bris d'outil, sont intégrés dans un même ensemble. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est un synoptique montrant la commande, le contrôle et la mesure des grandeurs électriques d'un moteur selon l'état antérieur de la technique ; - la figure 2 est une vue semblable à la figure 1 montrant une autre solution selon l'état antérieur de la technique ; - la figure 3 est un synoptique montrant la commande, le contrôle et la mesure de certaines grandeurs électriques d'un moteur selon une caractéristique à la base du dispositif de l'invention. Comme le montre la figure 1, le dispositif selon l'invention comprend un module (A) constituant le système de pilotage du moteur (M) en intégrant par exemple un variateur de vitesse, un convertisseur de fréquence,... Comme indiqué, d'une manière connue, ce module (A) est assujetti au module (B) de commande numérique ou autre système de commande tel qu'un automate programmable. La liaison entre les modules (A) et (B) s'effectue par un bus numérique ou une liaison analogique (a). Selon l'invention, à la sortie du module (A), le réseau triphasé (R) d'alimentation du moteur (M) est intercepté par un module (E) intégrant un moyen de mesure des grandeurs électriques (CA) (puissance, courant,...) et un moyen numérique de contrôle de l'usure et du bris d'outil (D) en comparaison avec une courbe de puissance d'apprentissage établie lors d'une première opération effectuée par un outil commandé par le moteur (M). Le module (E) est relié au module de commande (B) par un bus de terrain ou une liaison filaire (c). Il en résulte donc une intégration dans le module (E) des fonctions de mesure des grandeurs électriques et de contrôle numérique d'usure et de bris d'outil. Compte tenu de cette intégration, il a fallu résoudre le problème posé, d'éviter que la présence des signaux triphasés de puissance de pilotage du moteur, perturbe la fonction contrôle. Dans ce but, le système (CA) apte à effectuer les mesures et à les numériser a été conçu en deux parties (CA1) et (CA2) isolées galvaniquement entre elles (g). L'acquisition (CA1) des grandeurs analogiques courants et tensions par des dispositifs adéquats comme par exemple des shunts pour les courants et des ponts de résistances pour les tensions. L'amplification, la mise en forme et la numérisation (CA2) des signaux en vue de leur exploitation pour le contrôle d'usure et de bris d'outil. Les signaux électriques numérisés étant isolés galvaniquement du réseau triphasé de puissance, les seules perturbations que peut recevoir le contrôle numérique d'usure et de bris d'outil (D), sont d'origine électromagnétique et créées par les fortes variations de courant qui peuvent apparaître lors du pilotage du moteur. Pour s'en affranchir, deux méthodes ont été mises en place : Un écran électromagnétique (e) a été inséré entre le module de mesure (CA) et le contrôle (D) ; - L'utilisation d'un microcontrôleur au lieu d'un microprocesseur immunise le système aux perturbations électromagnétiques. Ceci est dû au fait de l'intégration du processeur, de la mémoire programme et de la pile utilisateur dans le même composant électronique. A partir de ce concept de base, les modules (A) et (E) peuvent être intégrés dans un même ensemble. Il en est de même en ce qui concerne les modules (B) et (E) qui peuvent être intégrés dans un même ensemble. Enfin, selon une autre forme de réalisation, pour une intégration totale, les modules (A), (B) et (E) sont intégrés dans un même ensemble. Les avantages ressortent bien de la description. REVENDICATIONS - 1-Dispositif de contrôle d'usure et/ou de bris d'outil pour machine-outil, caractérisé en ce qu'il comprend : un module de commande (B) ; - un système de pilotage (A) du moteur d'entraînement (M) de l'outil ; - un module unique (E) de mesure électrique traversé entièrement par les trois phases d'alimentation du moteur, apte notamment à mesurer la puissance active et/ou les courants actifs absorbés par le moteur, et intégrant des moyens de contrôles numériques de l'usure et/ou du bris de l'outil en comparaison avec une courbe de référence établie lors d'un premier usinage effectué par l'outil. - 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le module (E), les mesures électriques et le moyen de contrôle de l'usure et du bris d'outil, sont isolés galvaniquement et/ou électromagnétiquement. - 3-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de pilotage (A) du moteur d'entraînement de l'outil et le module (E) de mesure électrique et de contrôle de l'usure et du bris d'outil, sont intégrés dans un même ensemble. - 4-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de commande (B) et le module (E) de mesure électrique et de contrôle de l'usure et du bris d'outil, sont intégrés dans un même ensemble. - 5-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de commande (B), le système de pilotage (A) du moteur d'entraînement de l'outil et le module (E) de mesure électrique et de contrôle de l'usure et du bris d'outil, sont intégrés dans un même ensemble.