Brevet FR2828828A1 — publié le 20030228

La présente invention concerne un procédé d'optimisation de sciage de quartiers de bois destinés à la fabrication de merrains et une installation permettant la mise en oeuvre. On rappelle que les merrains de bois sont des produits de qualité utilisés pour la fabrication de tonneaux destinés à contenir des spiritueux. Les qualités et les propriétés des merrains de bois sont nécessaires en particulier à un apport gustatif du spiritueux. On connaît déjà dans l'état de la technique antérieure, notamment par le document FR-B1-2 716 831, un procédé de fendage de merrains permettant une optimisation sur un demi-billon, du rendement de fabrication de merrains au moyen notamment d'un micro-ordinateur associé d'une part à un capteur de mesure de distance et à un système laser d'acquisition et de visualisation et d'autre part à un manipulateur. La fabrication traditionnelle de merrains comprend les étapes suivantes : débit des grumes en billons de longueurs équivalentes à la longueur du merrain fini, fendage en quartiers de ces billons par exemple au moyen du procédé d'optimisation décrit par le document FR-B1-2 716 831, débit par sciage de ces quartiers selon l'une des deux méthodes à savoir soit parallèle aux faces du quartier soit parallèle à l'axe de symétrie du quartier, qui seront décrites plus en détails dans la suite de la description, et délignage des rives suivi d'un contrôle qualité. L'étape de fendage est réalisée soit au jugé par l'opérateur soit au moyen d'un micro-ordinateur associé d'une part à un capteur de mesure de distance et à un système laser d'acquisition et de visualisation et d'autre part à un manipulateur permettant l'optimisation du débit basée sur la géométrie de surface du billon en intégrant une approximation de la qualité d'ouverture au fendage du quartier. II en résulte de ces approximations que chaque quartier fendu est différent de ce que l'on avait souhaité. Ainsi, le scieur qui intervient après le fendage doit pour chaque quartier analyser sa géométrie et évaluer l'impact d'une part de l'évolution de fil le long du quartier et d'autre part de la position des rayons ligneux sur les deux faces du quartier afin de visualiser mentalement le débit qu'il va pouvoir réaliser dans ce quartier. On comprend aisément que de telles conditions de travail ajoutées à un rythme soutenu nécessaire pour obtenir un rendement en matière final conduisent inévitablement à un taux d'erreur important. Une solution à ce problème est connue notamment par le document EPB1-912305, qui décrit un procédé d'obtention de merrain, ainsi qu'une installation de mise en oeuvre de ce procédé. Ce procédé décrit le sciage complet des billons ou demi-billons sans fendage préalable par quartier, éliminant ainsi le problème évoqué ci-dessus. Le sciage est opéré en alignant le fil du bois sur l'axe de sciage de la machine visualisé par un laser trait, puis le bois est orienté selon les rayons ligneux au moyen d'un système de visualisation disposé de chaque côté du billon. L'opération de sciage ainsi réalisée est recommencée sur les deux parties sciées précédemment. Une telle solution est satisfaisante ; cependant elle s'éloigne de la fabrication traditionnelle pour l'obtention d'un produit pour lequel la qualité et le respect d'une certaine tradition sont nécessaires. A cet effet, le but de l'invention est de proposer un procédé d'optimisation de sciage de quartiers de bois qui permet de résoudre tout ou partie des inconvénients précités. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé d'optimisation de sciage de quartiers de bois destinés à la fabrication de merrains, caractérisé en ce que chaque quartier est soumis successivement à : - une phase d'acquisition des caractéristiques géométriques d'au moins trois sections du quartier à intervalle connu, afin de reconstituer ledit quartier en trois dimensions, - une phase d'optimisation d'obtention de merrains à l'aide d'un logiciel, - une phase de positionnement du quartier selon les paramètres d'optimisation, et - une phase d'usinage d'au moins une face de référence, point de départ des sciages ultérieurs. Suivant quelques dispositions intéressantes de l'invention : - la phase d'optimisation consiste d'une part à la détermination de l'angle de rotation et à l'orientation du quartier permettant de remettre à plat le plan de débit selon deux modes de calcul et d'autre part à l'optimisation du débit consistant à positionner le maximum de largeur de merrain dans ledit quartier selon les deux modes ; - les deux modes de calcul de l'angle de rotation et de l'orientation du quartier consistent à réaliser d'une part le calcul des droites de régression des lignes de sections des faces supérieures et inférieures puis la médiane des deux secteurs les plus décalés en rotation l'un par rapport à l'autre et d'autre part au calcul des droites de régression des lignes de sections des faces inférieures puis la médiane des secteurs ; - en variante, on valide l'un des modes de débit proposé, on visualise sur le quartier le plan de référence par un trait laser, on modifie éventuellement la trajectoire du plan et on exécute la phase de positionnement et d'usinage du plan de référence. Un autre objet de la présente invention concerne une installation d'obtention de merrain caractérisée en ce qu'elle permet la mise en oeuvre du procédé selon l'une des dispositions susmentionnées. Selon une caractéristique avantageuse, elle comporte au moins un convoyeur d'acheminement des quartiers, un système d'acquisition des caractéristiques géométriques associé à un micro-ordinateur pilotant un outil de coupe ainsi que les déplacements du quartier le long de l'installation. Selon une autre caractéristique avantageuse, elle comporte en outre un laser trait permettant de visualiser la surface de référence théorique calculée sur le quartier. Selon encore une caractéristique avantageuse, le système d'acquisition des caractéristiques géométriques est constitué d'un analyseur composé de lasers supérieur et inférieur formant des barrières de capteur de dimension par triangulation laser permettant un coupage par tranche ou section du quartier. Selon encore une autre caractéristique avantageuse, le convoyeur est associé à un berceau de positionnement du quartier de bois disposant d'un axe de rotation de 10 à-35 degrés, d'un axe d'orientation de-3 à +3 degrés et d'un axe vertical de l'ordre de 0 à 500 mm de déplacement. Selon une autre caractéristique avantageuse, l'outil de coupe est constitué d'un porte outil hélicoïdal de rabotage présentant une largeur d'usinage de l'ordre de 480 mm. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation. De manière classique, les merrains sont obtenus par le fendage au préalable des billons en quartiers dans l'axe des rayons ligneux engendrant des surfaces de fente qui suivent le fil du bois, par exemple au moyen d'un procédé tel que décrit dans le document FR-B1-2 716 831. Afin d'optimiser le rendement matière de chaque quartier de bois, ceux-ci font selon le procédé de la présente invention l'objet d'un surfaçage de leur face de référence, point de départ des sciages ultérieurs. A cet effet, le procédé selon la présente invention, consiste à soumettre chaque quartier de bois aux phases successives suivantes : acquisition des caractéristiques géométriques d'au moins trois sections du quartier à intervalle connu afin de reconstituer ledit quartier en trois dimensions, optimisation d'obtention de merrains, positionnement du quartier selon les paramètres d'optimisation et usinage d'au moins une face de référence. La phase d'optimisation s'effectue selon les deux méthodes traditionnelles de débit à savoir les méthodes dites parallèles aux faces et dans l'axe de symétrie . L'installation permettant la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention décrit ci-dessus est constituée d'au moins un convoyeur d'acheminement des quartiers au droit d'un système d'acquisition des caractéristiques géométriques associé à un micro-ordinateur pilotant un outil de coupe ainsi que les déplacements du quartier le long de l'installation. Le système d'acquisition des caractéristiques géométriques est constitué d'un analyseur composé selon l'invention de lasers supérieur et inférieur formant des barrières de capteurs de dimension par triangulation laser permettant un coupage par tranche ou section du quartier. Selon un mode de réalisation préférentiel, on dispose de cinq couples de capteurs face à face permettant la mesure de cinq sections sur des quartiers d'une longueur de l'ordre de 650 à 1150 mm. On notera que pour les quartiers de longueur inférieure de préférence à 920 mm, on prend une section centrale et deux sections en bout de quartier. De même pour les longueurs de quartiers supérieures ou égales à 920 mm on prend une section centrale, deux sections intermédiaires et deux sections en bout de quartier. Sur la face inférieure, quatre capteurs supplémentaires sont intercalés pour augmenter le nombre de lignes de mesurage et améliorer ainsi la précision pour l'optimisation du débit selon la méthode dite parallèle aux faces . De manière avantageuse, les lasers supérieurs ont une étendue de mesure de 300 mm pour couvrir toute hauteur de quartier avec une précision de +/-0. 5 mm, tandis que les lasers inférieurs ont une étendue de mesure de 100 mm avec une précision de +/-0. 06 mm. Le mesurage inférieur est plus précis car en cas d'optimisation du débit selon la méthode parallèle aux faces , cette précision de mesurage est nécessaire pour lécher la face de référence sans enlèvement inutile de matière. Tous les capteurs de dimension laser sont reliés au micro-ordinateur d'acquisition et d'optimisation par l'intermédiaire d'une carte d'acquisition. Ce micro-ordinateur visualise le mode de débit à réaliser en fonction des données qu'il reçoit du système d'acquisition et qu'il analyse selon les deux méthodes de débit précitées, ensuite l'opérateur exécute le surfaçage du plan de référence en fonction des résultats de l'optimisation qu'il a choisie avec la possibilité d'apporter des modifications. Le fonctionnement de l'installation va maintenant être décrit en détail. Les quartiers sont positionnés sur un convoyeur, par exemple un convoyeur à chaîne transversale, et acheminés jusqu'à un chariot de mesurage situé à une distance connue de l'analyseur. Le quartier est pincé sur le chariot de mesurage en bout par deux mords à mouvement symétrique de manière à le recentrer et à le maintenir physiquement en position constante. Le système de pincement est monté sur guidage linéaire motorisé assurant un déplacement transversal à vitesse contrôlée sous l'analyseur jusqu'au positionnement. Le mouvement du chariot est contrôlé par un codeur qui permet au micro-ordinateur de connaître en permanence la position du quartier. Le quartier immobilisé sur son support passe sous l'analyseur sur ordre du micro-ordinateur. Pendant le passage, le micro-ordinateur fait l'acquisition de toutes les distances transmises par les capteurs laser de préférence tous les 0.25 à 1 mm selon la vitesse du déplacement du quartier. Lorsque le quartier est sorti de l'analyseur, le micro-ordinateur, à l'aide d'un logiciel intégré, reconstitue les sections et détermine les parties de profil à prendre en compte pour l'optimisation du débit. A partir de ces informations, le logiciel optimise selon les deux modes de débit prévus. Dans un premier temps, une optimisation selon l'axe de symétrie , dans laquelle le logiciel procède au calcul des droites de régression des lignes de section des faces supérieures et inférieures. Après quoi, il calcule la médiane des deux secteurs les plus décalés en rotation l'un par rapport à l'autre. Cette médiane permet de calculer l'angle de rotation pour remettre à plat le plan de débit. Le logiciel procède alors au même type de calcul pour l'orientation du quartier. Ces opérations de rotation et d'orientation permettent de remettre le quartier dans ces axes principaux et sont un préalable à tout début d'optimisation du débit selon l'axe de symétrie. Dans un second temps, une optimisation du débit dite parallèle aux faces , dans laquelle le logiciel procède au calcul des droites de régression des lignes de section des faces inférieures de chaque tranche du quartier de bois. Après quoi, il calcule la médiane des secteurs. Cette médiane permet de calculer l'angle de rotation pour remettre à plat le plan de débit. Le logiciel procède alors au même type de calcul pour l'orientation du quartier. Après redressement des sections par rapport au plan de la surface de base qui est la seule intéressante pour ce mode de débit, on procède au calcul du décalage vertical de cette surface pour obtenir le plan de référence d'usinage. Ce calcul tient compte du paramètre de tolérance de rabotage (si le paramètre est à 0, le décalage vertical est calculé pour obtenir une surface de référence parfaite, un paramètre à 1 mm par exemple engendre une surface sur laquelle un vide matière de 1 mm est présent). Ces opérations préalables étant réalisées, l'ordinateur peut alors procéder à la phase d'optimisation du débit. La phase d'optimisation du débit consiste à placer dans le quartier positionné en rotation et en orientation le maximum de largeur de merrain possible. Cette optimisation tient compte d'un certain nombre de paramètres et en particulier : une épaisseur moyenne d'écorce et d'aubier, une épaisseur de merrain ou fond (déterminée par la longueur du quartier) et une largeur minimale du merrain. Le logiciel procède à un calcul d'optimisation sur la position de référence déterminée et procède à un certain nombre de calculs identiques en modifiant rotation et orientation autour de la position de base déterminée. Lors du calcul des solutions de débit, le logiciel vérifie l'angle maximum des rayons ligneux et réduit les largeurs utilisables si nécessaire. On notera que l'opérateur peut intervenir afin d'intégrer un angle maximum de rayons ligneux. Aux termes de ces phases, la meilleure des solutions ainsi que les résultats des deux méthodes de débit sont proposées à l'opérateur. L'opérateur dispose ainsi de toutes les informations nécessaires au choix de la solution à appliquer, en particulier le rendement matière. On notera que l'opérateur reste indispensable pour confirmer un plan de débit car l'optimisation reste géométrique et lui seul peut intégrer des critères d'aspect dans le choix final. Durant la phase d'optimisation, le quartier est déposé toujours pincé sur un berceau de positionnement où il est bridé transversalement avant d'être débridé du chariot de mesurage afin de ne pas perdre la position de référence. Ce berceau de positionnement dispose avantageusement selon la présente invention d'un axe de rotation de 10 à-35 , d'un axe d'orientation de-3 à +3 et d'un axe vertical de l'ordre 0 à 500 mm. Les axes sont indépendants de manière à ce que l'opérateur puisse corriger, si nécessaire, la position du quartier axe par axe. Dès que le quartier est bridé sur ledit berceau de positionnement, l'opérateur doit valider le mode de débit qu'il entend appliquer. Le quartier se positionne aux angles calculés par le logiciel d'optimisation et à une élévation intermédiaire correspondant au plan d'usinage final de préférence moins 25 cm. Ce plan de référence qui peut être plan ou courbe est visualisé sur le quartier par un trait laser permettant à l'opérateur de visualiser réellement la surface de référence théorique calculée. Ce dernier peut modifier la trajectoire du plan de référence par des commandes manuelles. Dès que l'opérateur juge le positionnement idéal, il valide sa position. Cette action entraîne la montée du quartier au plan de référence d'usinage. Arrivé en position, le quartier est pincé sur un chariot d'usinage, le bridage du berceau de positionnement est libéré et le berceau redescend à sa position de référence. Ce chariot d'usinage est piloté par le micro-ordinateur en vitesse rapide jusqu'à l'outil de coupe. Il passe en vitesse d'usinage sur la longueur du quartier et finit en vitesse rapide jusqu'au poste de déchargement. La vitesse d'usinage est calculée par le logiciel d'optimisation en fonction de l'épaisseur d'usinage et de la largeur d'usinage (volume de copeaux) déterminées d'après les paramètres géométriques de chaque quartier. De manière avantageuse, l'usinage qui a été retenu pour répondre aux deux méthodes de débit est le dégauchissage par porte outil hélicoïdal de rabotage présentant une largeur d'usinage de l'ordre de 480 mm, permettant ainsi une prise de passe réduite dans le cas du débit parallèle aux faces, ce qu'une scie à ruban ne fait pas longtemps si la passe est inférieure à une épaisseur de dent, une prise de passe importante dans le cas du débit orthogonal qui est possible en adaptant la vitesse d'usinage, et une qualité de surface d'usinage parfaite. Dès que la surface de référence est usinée, le quartier est envoyé sur une ligne de sciage horizontal qui suit le schéma de débit choisi. On notera que toutes les fonctions de cette machine travaillent de façon simultanée et synchronisée. Ainsi, pendant qu'un quartier est en usinage, un autre peut être en positionnement et un suivant en acquisition des caractéristiques géométriques. On comprend à la lecture de la description ci-dessus que le procédé et l'installation selon la présente invention permettent de réduire considérablement les erreurs par rapport à l'art antérieur et d'augmenter ainsi le rendement et la qualité des merrains. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits. REVENDICATIONS 1. Procédé d'optimisation de sciage de quartiers de bois destinés à la fabrication de merrains, caractérisé en ce que chaque quartier est soumis successivement à : - une phase d'acquisition des caractéristiques géométriques d'au moins trois sections du quartier à intervalle connu afin de reconstituer ledit quartier en trois dimensions, - une phase d'optimisation d'obtention de merrains à l'aide d'un logiciel, - une phase de positionnement du quartier selon les paramètres d'optimisation, et - une phase d'usinage d'au moins une face de référence, point de départ des sciages ultérieurs. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase d'optimisation consiste d'une part à la détermination de l'angle de rotation et à l'orientation du quartier permettant de remettre à plat le plan de débit selon deux modes de calcul et d'autre part à l'optimisation du débit consistant à positionner le maximum de largeur de merrain dans ledit quartier selon les deux modes. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux modes de calcul de l'angle de rotation et de l'orientation du quartier consiste à réaliser d'une part le calcul des droites de régression des lignes de sections des faces supérieure et inférieure puis la médiane des deux secteurs les plus décalés en rotation l'un par rapport à l'autre et d'autre part au calcul des droites de régression des lignes de sections des faces inférieures puis la médiane des secteurs. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que : - on valide l'un des modes de débit proposé, - on visualise sur le quartier le plan de référence par un trait laser, - on modifie éventuellement la trajectoire du plan, et - on exécute la phase de positionnement et d'usinage du plan de référence. 5. Installation d'obtention de merrain permet la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un convoyeur d'acheminement des quartiers, un système d'acquisition des caractéristiques géométriques associé à un micro-ordinateur pilotant un outil de coupe ainsi que les déplacements du quartier le long de l'installation et en ce que le convoyeur est associé à un berceau de positionnement du quartier de bois disposant d'un axe de rotation de 10 à-35 degrés, d'un axe d'orientation de-3 à +3 degré et d'un axe vertical de l'ordre de 0 à 500 mm de déplacement. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un laser trait permettant de visualiser la surface de référence théorique calculée sur le quartier. 7. Installation selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que le système d'acquisition des caractéristiques géométriques est constitué d'un analyseur composé de lasers supérieur et inférieur formant des barrières de capteur de dimension par triangulation laser permettant un coupage par tranche ou section du quartier. 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce que l'outil de coupe est constitué d'un porte outil hélicoïdal de rabotage présentant une largeur d'usinage de l'ordre de 480 mm.