Brevet FR2984196A1 — publié le 20130621

PROCEDE D'USINAGE D'UN PANNEAU DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte de façon générale à procédé d'usinage mécanique d'un panneau. 10 ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE L'usinage mécanique de panneaux consiste à pratiquer des usinages dans l'épaisseur du panneau tels que surfaçage, réalisation de poches ou d'alvéoles (empochement), opérations de détourage ou de perçage. Ces usinages sont réalisés 15 par des outils spécifiques à l'opération effectuée. Le parcours de l'outil d'usinage, stockée en général dans une unité de calcul, permet de réaliser la forme d'usinage souhaitée. Il est codé dans un programme de commande basé sur un profil géométrique théorique d'un panneau et permettant de commander une unité de commande d'une machine-outil mettant en 20 oeuvre un tel procédé. Ce programme calcule les différents parcours de l'outil nécessaire à la réalisation des opérations d'usinage. Les panneaux sont au préalable étirés pour mise en forme avant de commencer l'usinage. Bien que l'étirage soit un procédé parfaitement maitrisé, il se heurte aux spécificités des lots de matière. En conséquence, aucun des panneaux 25 étirés ne présente une géométrie identique. Il existe donc systématiquement des écarts de géométrie entre la géométrie étirée et la géométrie théorique du programme de commande. Ces écarts induisent des disparités dans l'usinage des panneaux ce qui peut être pénalisant dans un processus industriel. Lorsque les panneaux sont des panneaux 2D, c'est-à-dire dont la 30 déformation est faite dans une seule direction, ces écarts de géométrie sont actuellement repris en retravaillant la géométrie réelle du panneau pour la recaler sur la géométrie théorique du programme de commande. C'est donc la géométrie réelle du panneau qui est ré-agencée pour coïncider avec la géométrie théorique. Cette opération reste relativement réalisable du fait de la géométrie même du panneau : panneau plan ou panneau cylindrique. Dans l'état actuel du savoir-faire industriel, les tolérances après recalage du panneau réel sur le panneau théorique sont de l'ordre du millimètre. En ce qui concerne les panneaux 3D, la déformation ne se fait plus selon une seule direction comme pour les panneaux 2D mais selon deux directions. Ces panneaux, de par leur fonctionnalité, sont des panneaux qui doivent être rigides : ce sont donc des panneaux de géométrie complexe. Il n'est alors pas envisageable de pouvoir atteindre des tolérances telles que celles atteintes pour les panneaux 2D. Le document EP 1689558 décrit un procédé d'usinage de panneau de forme complexe, l'effort appliqué par le moyen d'usinage étant contrebalancé par un effort appliqué par un élément de maintien. Ce document propose d'utiliser de la télémétrie laser afin d'effectuer une cartographie précise de la surface d'appui du panneau. Cette télémétrie permet d'obtenir un référentiel afin de connaître très précisément la géométrie du panneau. Ce document propose aussi de mettre en oeuvre des moyens de télémétrie permettant de mesurer avec précision les coordonnées de la surface d'usinage du panneau. Ainsi, en combinant des deux moyens de télémétrie, il est possible d'avoir une connaissance assez précise de la géométrie réelle du panneau. Selon ce document, l'utilisation de cette connaissance de la géométrie réelle permet de corriger le programme de commande d'une unité de commande de façon à usiner le panneau en prenant en compte les disparités géométriques propres à chaque panneau. Les outils de calcul actuels (Catia® ou Imageware® par exemple) sont utilisés pour de tels calculs. Ils pourraient permettre de corriger le programme de commande mais ils ont, dans ce cas particulier, des performances limitées : le calcul de correction des programmes de commande prend plusieurs jours, ce qui ne peut pas s'inscrire dans un processus industriel. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention a donc pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé d'usinage de panneaux. Pour ce faire, l'invention a tout d'abord pour objet un procédé d'usinage mécanique d'un panneau, au moyen d'une machine-outil comportant - un support rigide, - des moyens de préhension associés au support, - des moyens de mesure, - des moyens d'usinage, - une unité de commande pour piloter les moyens d'usinage, - une unité de calcul comprenant des coordonnées de points représentatifs de la surface théorique à usiner ainsi que les parcours théoriques du moyen d'usinage, ledit procédé comprenant les étapes suivantes - charger le panneau sur un support rigide comportant des moyens de préhension dans une position compatible avec le champ de travail des moyens de mesure, - mesurer, avec les moyens de mesure, dans le repère cartésien, les deux points de référence ainsi qu'une multitude de points représentatifs d'une des deux quelconques surfaces du panneau, chaque point étant représenté par ses coordonnées cartésiennes, lesdites mesures étant stockées dans l'unité de calcul, - reconstruire, à partir de la multitude de points mesurés, la surface réelle du panneau et l'enregistrer dans l'unité de calcul, superposer les surfaces théorique et reconstruite à partir des deux points de référence théorique et reconstruit, - déterminer la fonction de passage entre les points de la surface théorique et les points correspondants de la surface reconstruite réelle en minimisant les différences de distance curviligne mesurées respectivement entre deux points quelconques de la surface théorique et deux points correspondants de la surface reconstruite réelle, - utiliser la fonction de passage pour générer les points du parcours réel du moyen d'usinage à partir du parcours théorique d'usinage, - charger ledit parcours réel dans l'unité de commande, - piloter, à partir de l'unité de commande, aux moyens d'usinage du panneau en exécutant le parcours réel. Contrairement à l'état de l'art et selon les caractéristiques énoncées précédemment, l'invention ne cherche pas à recaler la géométrie réelle (surface réelle) sur la géométrie théorique (surface théorique) mais bien à corriger les données théoriques pour en déduire les parcours des moyens d'usinage à appliquer sur la géométrie réelle du panneau. Ceci permet de s'affranchir des disparités de géométrie du panneau. De manière avantageuse, il est prévu de calculer, à partir de la surface réelle reconstruite, en chaque point du parcours réel, la normale réelle en ce point et de déterminer l'orientation d'au moins un moyen d'usinage par rapport à cette normale réelle. Ainsi, on s'assure que ce moyen d'usinage usine le panneau selon une orientation optimale par rapport à la surface réelle du panneau. Avantageusement, les moyens de mesure font intervenir des moyens de télémétrie laser. Ces moyens de mesure sont des moyens fiables permettant des relevés de bonne qualité. Enfin, il est aussi revendiqué une machine-outil mettant en oeuvre un procédé selon l'invention. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels la figure 1 représente un panneau usiné selon l'un des procédés de l'art antérieur ; - la figure 2 représente schématiquement les différentes étapes du procédé selon l'invention ; la figure 3 décrit, schématiquement, une des étapes du procédé selon l'invention. EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PREFERES La figure 1 représente un panneau en cours d'usinage selon l'un des procédés de l'art antérieur. Sur cette figure est représenté un panneau 1 chargé sur un 5 support rigide muni de moyens de préhension 3. Seuls les moyens de préhension sont représentés ici, le support faisant partie des connaissances de l'homme du métier. On pourra se référer, par exemple, aux documents EP1689558 et EP1564135 en ce qui concerne de tels supports. Lors de la fabrication de ce panneau, en général par étirage, deux points de référence sont repérés sur le panneau par perçage de trou par exemple. 10 Ces trous servent de référence pour le placement du panneau sur le support et pour son usinage. D'autres manières de référencer les panneaux peuvent être envisagés comme l'estampiller par exemple. Le panneau est usiné par un moyen d'usinage 2, une fraise par exemple, permettant de réaliser l'usinage voulu sur une quelconque de ses deux 15 surfaces. Le parcours d'usinage 4a de ce moyen 2 est commandé par une unité de commande 6 qui stocke les différents parcours d'usinage à réaliser sur le panneau 1. Ces parcours sont déterminés par une unité de calcul 8 dans laquelle sont stockés les différentes surfaces théoriques 10 des panneaux devant être usinés ainsi que les différents points 4 des parcours théoriques 4a d'usinage propres à chaque panneau 1 20 et à chaque type d'usinage devant être réalisé. En l'état actuel de la pratique, ces parcours 4a sont des parcours théoriques calculés à partir de la surface théorique 10 des panneaux. La figure 2 représente les différentes étapes du procédé en accord avec l'invention. Comme déjà indiqué précédemment, le panneau 1 est chargé sur le 25 support rigide et est maintenu par des moyens de préhension 3 dans une position compatible avec le champ de travail des moyens de mesure 12. Ceci correspond à l'étape 7.1 du procédé. La surface du panneau doit rester dans la zone de travail des moyens de mesure, quelque soit sa forme car, si le panneau est trop près ou trop éloigné, les moyens de mesure risquent de ne pas pouvoir effectuer la mesure de 30 l'ensemble des points nécessaires. L'étape suivante (7.2) consiste en ce que ces moyens de mesure 12 mesurent, dans le repère cartésien, les deux points de référence ainsi qu'une multitude de points représentatifs d'une des deux surfaces du panneau (surface d'usinage ou surface contraire), chaque point étant représenté par ses coordonnées cartésiennes. Les mesures sont ensuite stockées dans l'unité de calcul 8. Il n'est pas nécessaire de scanner les deux surfaces du panneau car la connaissance d'une seule surface permet de déduire la connaissance de l'autre surface, à l'épaisseur du panneau près. En effet, le panneau étant étiré, il possède sensiblement la même épaisseur tout le long de sa géométrie, les deux surfaces du panneau sont alors sensiblement parallèles. Les moyens de mesure 12 sont, par exemple, des lasers permettant de scanner la surface du panneau 1. A partir de la multitude de points mesurés, la surface réelle 14 du panneau est reconstruite (étape 7.3) et enregistrée dans l'unité de calcul 8. Cette surface ainsi obtenue est appelée surface reconstruite 14. Cette opération de reconstruction est déjà utilisée dans le domaine de la simulation numérique et peut être réalisée à partir de logiciels tels que Catia® ou Imageware®. Les problèmes de temps de calcul rencontrés dans l'art antérieur ne sont pas présents dans cette étape car le calcul réalisé ne met en oeuvre qu'une brique particulière du logiciel sans faire intervenir la totalité de sa capacité. De manière numérique, les surfaces théorique 10 et reconstruite 14 sont superposées à partir des deux points de référence théorique et reconstruit (étape 7.4). On s'assure ainsi que les deux formes coïncident suffisamment pour limiter le décalage de position lors de l'usinage. Il est, par exemple, possible de caler un des deux points de référence, considéré alors comme origine et d'utiliser le deuxième pour donner la direction dans laquelle la surface théorique 10 doit être placée par rapport à la surface reconstruite 14. A ce stade du procédé, il existe des différences de coordonnées entre les points de la surface reconstruite 14 et ceux de la surface théorique 10. Ceci est du au fait de l'étirage du panneau 1 et des disparités de forme qui en découlent. On détermine ensuite la fonction de passage (fa-, f2r) entre les points de la surface théorique 10 et les points correspondants de la surface reconstruite 14 en minimisant les différences de distance curviligne (Dir et Dit) mesurées respectivement entre deux points quelconques de la surface théorique et deux points correspondants de la surface reconstruite réelle (étape 7.5). On définit la distance curviligne comme étant la distance existant entre deux points le long d'une surface. Parmi les différentes distances curvilignes qu'il est possible de mesurer, il a été choisie la distance géodésique comme étant la surface la plus représentative. Il est à noter que, dans cette étape de calcul, les coordonnées cartésiennes ne sont plus utilisées car moins caractéristique de la surface courbe et des disparités du panneau. La distance curviligne Dir est calculée en mesurant la distance le long de la surface reconstruite entre deux points Plr et P2r. La distance curviligne Dit est calculée en mesurant la distance le long de la surface théorique entre deux points Plt et P2t. On calcule ensuite la différence à entre Dir et Dit. Ces opérations sont effectuées pour chaque couple de points existants des deux surfaces théorique et reconstruite mesurée. La fonction de passage pour chaque couple de points est alors déterminée. Afin d'optimiser la différence des distances curvilignes, les fonctions de passage (fil-) et (f2r) sont légèrement modifiées. Les distances curvilignes (Dit, Dir) entre chaque couple de points (P1 t,P2t) et (P1 t,P2t) sont alors de nouveau calculées ainsi que leur différence A. On effectue ainsi différentes itérations : lorsque, entre deux itérations successives, la progression (l'écart maximum des longueurs curvilignes) est inférieure à un seuil (par exemple 5%), le calcul converge : dans ce cas, il n'est plus nécessaire de continuer. On a donc déterminé pour quelle superposition on obtient un maximum de valeurs de différences A les plus petites possibles. On sera ainsi assurée que pour cette superposition retenue, la surface théorique 10 sera au plus près de la surface reconstruite 14. Un autre critère pouvant être utilisé pour indiquer que la meilleure position relative a été trouvée pourrait être un seuil par rapport à la tolérance générale du panneau (1/8 par exemple) garantissant ainsi que le panneau une fois usiné sera conforme aux tolérances attendues. Cette optimisation pourrait être réalisée par un algorithme d'optimisation tel que Matlab® par exemple. Une fois cette position identifiée, on détermine, pour chaque point des surfaces théorique 10 et reconstruite 14, la fonction de passage (fir, f2r) qui permet de recaler les points de la surface théorique 10 sur les points de la surface reconstruite 14. Cette fonction permet de positionner les points de la surface théorique 10 sur la surface reconstruite 14. Le logiciel Catia® permet, par exemple, par construction géométrique, de générer les fonctions de passage (fir, f2r). Selon l'invention, la fonction de passage (fir, f2r) n'est alors pas utilisée pour recaler la surface théorique 10. Elle est, au contraire, utilisée pour générer les points 16 du parcours réel d'usinage 16a du moyen d'usinage 2 à partir du parcours théorique d'usinage 4 (étape 7.6) et à partir de la fonction de passage (fir, f2r). Le parcours d'usinage réel 16a étant déterminé, il est chargé dans l'unité de commande 6 (étape 7.7). Le moyen d'usinage 2 du panneau 1 est ensuite piloté, à partir de l'unité de commande 6, par l'exécution des commandes représentatives du parcours d'usinage réel 16a (7 .8), en remplacement du parcours théoriques 4a. Afin d'assurer une meilleure qualité d'usinage, on calcule, pour chaque point 16 du parcours réel 16a, préalablement à l'exécution des commandes représentatives du parcours d'usinage réel et à partir de la surface reconstruite 14, la normale réelle Nr en ce point. On détermine ainsi l'orientation du moyen d'usinage 2 par rapport à cette normale réelle Nr. Par exemple, l'orientation du moyen d'usinage 2 peut être en tout point confondue avec la normale Nr. Le procédé selon l'invention s'applique aussi bien à des machines-outils permettant l'usinage des panneaux 2D qu'à des machines-outils permettant l'usinage des panneaux 3D comme décrit, par exemple, dans les documents EP1689558 et EP1564135. Ainsi, le parcours d'usinage réel 16a peut être appliqué au moyen d'usinage mais aussi au moyen d'appui du document EP1564135 ou à l'élément de maintien du document EP1689558. Il est possible d'améliorer le procédé en optimisant l'étape 7.4 par un balancement des surfaces théorique 10 et reconstruite 14 l'une par rapport à l'autre de manière à ce que les points des deux surfaces (10,14) soient en meilleure concordance. Ainsi, le nombre d'itérations nécessaires à l'optimisation des différences A de distances curvilignes (Dit,Dir) pourra être réduit. REVENDICATIONS1. Procédé d'usinage mécanique d'un panneau (1), au moyen d'une machine-outil comportant : - un support rigide, - des moyens de préhension associés au support (3), - des moyens d'usinage (2) - des moyens de mesure (12), - une unité de commande (6) pour piloter les moyens d'usinage, - une unité de calcul (8) comprenant des coordonnées de points représentatifs de la surface théorique (10) à usiner ainsi que les parcours théoriques (4a) du moyen d'usinage, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - charger le panneau (1) sur un support rigide comportant des moyens de préhension (3) dans une position compatible avec le champ de travail des moyens de mesure (12), - mesurer, avec les moyens de mesure (12), dans le repère cartésien, les deux points de référence ainsi qu'une multitude de points représentatifs d'une des deux quelconques surfaces du panneau (1), chaque point étant représenté par ses coordonnées cartésiennes, lesdites mesures étant stockées dans l'unité de calcul (8), - reconstruire, à partir de la multitude de points mesurés, la surface réelle (14) du panneau (1) et l'enregistrer dans l'unité de calcul (8), - superposer les surfaces théorique (10) et reconstruite (14) à partir des deux points de référence théorique et reconstruit, - déterminer la fonction de passage (fa-, f2r) entre chaque point de la surface théorique (10) et les points correspondants de la surface reconstruite (14) en minimisant les différences (A) de distance curviligne (Dir, Dit) mesurées respectivement entre deux points quelconques de la surface théorique (10) et deux points correspondants de la surface reconstruite (14),- utiliser chaque fonction de passage (fir, fer) pour générer les points (16) du parcours réel (16a) du moyen d'usinage (2) à partir du parcours théorique (4) d'usinage, - charger ledit parcours réel (16a) dans l'unité de commande (6), - piloter, à partir de l'unité de commande (6), les moyens d'usinage (2) du panneau (1) en exécutant le parcours réel (16a). 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant les étapes suivantes : - calculer, à partir de la surface reconstruite (14), en chaque point du parcours réel (16a), la normale réelle (Nr) en ce point, - déterminer l'orientation du moyen d'usinage (2) par rapport à cette normale réelle (Nr). 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens de mesure font intervenir des moyens de télémétrie laser. 4. Machine-outil mettant en oeuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.