Brevet FR3042141A1 — publié le 20170414

-1 Brevet pour le poste de meulage d'une machine automatique d'affûtage de couteau avec un système de centrage, guidage et de contrôle de la courbure de la lame. Contexte Nous réalisons une machine entièrement automatique d'affûtage de couteaux utilisés dans l'industrie agroalimentaire. Nous avons des entreprises importantes qui utilisent beaucoup de 10 couteaux qui nécessitent alors un affûtage régulier. Les opérateurs utilisent des moyens mécaniques comme le fusil ou autre pendule afin de maintenir le fil durant une journée seulement de production, mais il faut réaffûter avec d'autres outils comme le meulage pour refaire une bonne base de coupe. 15 Ces opérations sont faites actuellement par des opérateurs affûteurs De nombreuses solutions manuelles existent mais demandent du temps et engendrent de la pénibilité ainsi que des coûts d'exploitation. 20 L'objectif est de pouvoir affûter tous les couteaux neufs et usés, longs et courts, épais et minces avec une seule machine automatique sans intervention d'un opérateur. Le projet global comporte trois brevets, dont deux sur les outils spécifiques (meulage et polissage) d'affûtage et un sur la conception 25 ergonomique et cinématique de la machine. L'innovation ici développée concerne l'outil de meulage. Il faut meuler des couteaux de tailles différentes ayant des degrés 30 d'usure variables de lame neuve à lame usée, voire endommagée. Une machine automatique doit remplacer l'homme qui apporte son jugement sur chaque couteau qu'il affûte. Dès lors l'innovation permet de maitriser le procédé de meulage et de le rendre automatisable. 35 L'innovation porte sur le centrage, le guidage, la répartition des efforts de meulage et le contrôle de la lame du couteau. Intérêt (économique) L'innovation participe au projet de réalisation d'une machine 40 automatique d'affûtage Pour proposer aux industriels une solution pour améliorer leur compétitivité. 3042141 - 2 - Ce qui existe ou a existé Les réaffûtages manuel se font à l'aide de machines avec des meules ou des bandes abrasives. 5 Une formation est nécessaire pour apprendre à affûter une lame. Des organismes de formations interviennent dans les entreprises. On constate qu'avec l'utilisation de meules, le matériel est conçu pour poser la lame contre une partie plastique plane inclinée qui donnera l'angle. La lame glisse ensuite sur cette partie plastique fixe et plane. Pendant ce mouvement de recul il y a risque que la lame se plante dans la meule. Pour limiter ce risque il faut une formation importante de l'opérateur. De nombreuses stations robotisées ont essayé d'imiter le mouvement 15 réalisé par l'homme avec son matériel, cela sans succès. Les stations robotiques utilisent, pour déterminer la forme des lames de couteaux, des caméras de vision ou des palpeurs de mesure afin de calculer les courbes avant de commencer le meulage. Dans tous les cas, un cycle de détermination de la forme de la lame est 20 réalisé avant l'affûtage du couteau. Les objectifs de l'innovation sont 1° ne pas utiliser de système de lecture par caméra. 2° ne pas lire la courbe avant pour avoir une meilleure cadence 25 3° éviter le risques que la lame s'accroche dans la meule 4° proposer une solution très compacte pour être intégrée dans le projet de machine automatisée 5°Le meulage des deux faces soit fait avec des courbes de déplacement numériques (X, Z et R) du couteau identiques et cela 30 dans un plan vertical. L'objectif de l'innovation est atteint en trois points. -Le poste de meulage est constitué de deux meules boisseaux, la meule de droite pour la face droite du couteau et l'autre de gauche 35 pour la face gauche. Elles sont inclinées à l'angle d'affûtage et écartées au minimum pour avoir au milieu un appui qui permet de garder le couteau vertical. Nous aurons ainsi les déplacements du couteau dans deux plans verticaux et parallèles nécessaire au projet de machine automatique. 40 -La solution de reprise des efforts de meulage et fait sur un cylindre libre en rotation au lieu d'un plan incliné fixe. - Un galet palpeur est logé derrière le galet d'appui pour anticiper et calculer les mouvements en cours de meulage. 3042141 3- Présentation des plans 5 Fig. 1 (figure pour abrégé) Rep (1) manche du couteau Rep ( 2) le tranchant de la lame en contact sur (4) Rep (3) galet d'appui pour la lame, centré entre les meules, avec la représentation de son axe de rotation libre . 10 Rep (4) petit roulement d'appui pour le suivi de la courbure de la lame avec les flèches de rotation et de débattement Rep (8) meule boisseau gauche avec sa rotation pour meuler la face gauche de la lame Rep (11) capteur qui détectera les positions de (4) Fig. 2 (vue en perspective de l'ensemble pour réaliser l'affûtage à droite et à gauche de la lame) Rep (1) manche du couteau Rep( 2) le tranchant de la lame Rep (3) galet d'appui pour la lame, centré entre les meules, avec la représentation de son axe de rotation, avec les deux sens de rotation suivant son entrainement par la face droite ou gauche. Rep (4) petit roulement d'appui pour le suivi de la courbure de la lame avec les flèches de rotation et de débattement (un pour coté gauche et un autre pour le coté droit, reliés au bras (5) ) Rep (5) bras qui supporte les roulements d'appuis avec amplification du débattement (4) pour une lecture par le capteur (11) qui sera hors zone de projection. Rep (6) meule boisseau droite avec sa rotation pour meuler la face 30 droite de la lame Rep (7) support du galet (3), et du bras (5), solidaire au bâti de la machine. Rep (8) meule boisseau gauche avec sa rotation pour meuler la face gauche de la lame 35 Rep (11) capteur de déplacement du levier (5) Fig. 3 (vue en coupe dans le plan verticale) Rep ( 9) sens de rotation de la meule gauche vue de face Rep (8) la face de la meule boisseau qui fait l'affûtage 40 Rep (12) axe de rotation du levier (5) qui amplifie le débattement de l'appui (4) pour une lecture sur le capteur (11) et aussi avoir un capteur éloigné de la meule qui est donc protégé des projections. 3042141 - 4- Rep (13) repère (X, Z et R) avec la position de départ d'affûtage du couteau ( Xo ,Zo et Ro) 5 Fig. 4 (vue de la régulation par le galet (4) avec action sur la position de la lame) Rep (14) pour une valeur de recul du couteau X+ on obtient la position de la lame avec modification de Z+ et R+ pour garder l'appui (4) dans la même position 10 Fig. 5 (vue de la fin de la lame avec rupture de contrôle par l'appui) Rep (15) pour la valeur de recul X++, l'appui (4) s'échappe rapidement, on aura enregistré les dernières modifications extrêmes de Z++ et R++ qui vont définir la fin de la lame. 15 (la suite de tous les points mémorisés constitue la courbe de déplacement pour un couteau donné, elle sera utilisée pour les autres postes) (elle sera aussi réutilisée pour l'autre coté de meulage et fera l'objet d'un deuxième ajustement et avec ce second contrôle d'appui on 20 obtient un déplacement plus précis). Fig. 6 (coupe des meules dans la zone du galet (3) d'appui) Rep (2a) la lame reste verticale et elle est en appui sur la gauche du galet (3) pour un affûtage à gauche 25 Rep (2b) la lame reste verticale et elle est en appui sur la droite du galet (3) pour un affûtage à droite. (le décalage entre les meules correspond au diamètre du galet (3), les meules sont inclinées, elles sont très proche l'une de l'autre, sans se toucher. Nous avons une solution très compacte) Rep (19) angle d'inclinaison qui correspondra à l'angle réaffûtage de la lame. Fig. 7 (coupe des meules dans la zone d'appui de control (4) ) Rep (2a) la lame est en appui sur le petit roulement d'appui (4) de control gauche Rep (2b) la lame est en appui sur le petit roulement d'appui (4) de control droit (les deux appuis sont solidaire au bras (5) pour avoir une meilleure 40 stabilité et ne touche pas le support (7). 3 042 14 1 - 5- Fig. 8 (première représentation de l'effet de charge de la lame sur la meule avec une lame déformée avec l'innovation par la forme 5 bombée du galet (3) Rep (15) effort résultant de contact de la lame (2) sur le galet (3) qui restera toujours au même endroit centré sur le galet. Rep (18) représentation du champ de force qui s'équilibre avec un pique au centre de la meule 10 Fig. 9 (deuxième représentation de l'effet de charge de la lame sur la meule avec une lame déformée avec l'innovation par la forme bombée du galet 3 Rep (15) même remarque 15 Rep (18) représentation du champ de force avec une symétrie et sans défaut sur le bord de meule comme dans les Fig (10 ou 11) Fig.10 (1ere représentation de l'effet de charge de la lame sur la meule avec une lame déformée avec un appui plan) 20 Rep (15) la résultante principale se déplace au bord extérieur de la meule en limite d'appui du plan (17). Rep (18) représentation du champ de force avec un effet de bort important très difficile à gérer par automatisme avec le risque que l'angle de meule se pique dans le tranchant du couteau et éjecte le 25 couteau de la machine. Fig 11 2eme représentation de l'effet de charge de la lame sur la meule avec une lame déformée avec un appui plan Rep (15) la résultante principale se déplace au bord intérieur de la 30 meule en limite d'appui du plan (17) Rep (18) même remarque 35 Description de l'innovation Nous disposons les deux meules boisseaux face à face et inclinées pour garder le couteau donc son déplacement dans un plan verticale. L'innovation est l'association de fonctions pour rendre automatisable le poste de meulage afin de ne pas dépendre d'une interprétation ou d'une intervention humaine. Il s'agit de pouvoir passer toutes les sortes de lame (droite à déformée) contre une surface de meule et de contrôler le parcours en fonction de la forme de la lame 3042141 - 6- Nous avons montré après de nombreux essais que la forme de l'appui devait être bombée ce qui donne le meilleur résultat de stabilité et de 5 qualité du meulage. Nous avons une lecture de la courbe du couteau simultanée au meulage grâce à un petit roulement d'appui couplé à un système de mesure asservie par des fonctions d'automate. 10 Explication du fonctionnement 15 1 °cycle de la machine Le cycle, entièrement automatisé, se décompose ainsi : On approche le couteau au dessus du galet On descend le couteau entre le galet et la meule 20 On commence à écraser le galet lecture contre la lame du couteau Le capteur (11) donne l'information du contact avec la lame. Puis on arrive au contact sur la meule et en butée sur le galet et l'appui. Le mouvement s'arrête avec le contact en position début d'usinage 25 On mémorise le point de départ par (Xo, Zo, Ro) (fig 3). On recul le couteau en X+ et si la lame perd le contact avec la meule, le galet capteur remonte La position du couteau est alors corrigée, en levant le manche par une rotation (Z+,R+ fig 4), afin de faire revenir le contrôle d'appui dans sa position initiale 30 A la fin du meulage de la lame, le galet remonte rapidement au point ( Z++R++fig 5). Le dernier point mesuré marque la fin du parcours. L'ensemble des positions corrigées lors de ce cycle représente la forme spécifique de la lame. Ces positions sont mémorisées afin de reproduire le même mouvement lors du meulage de l'autre face de la 35 lame. La mesure de la forme de la lame est affinée par le même contrôle sur l'autre face de la lame. Le mouvement alors affiné est utilisé pour les opérations suivantes, telles que le polissage qui seront aussi exécutés dans les mêmes plans 40 verticaux et parallèles imposé par la conception de la machine automatique. 3042141 -7 2°points techniques L'appui est bombé et libre en rotation, c'est la lame de couteau en 5 mouvement qui le fera tourner sans glissement ni usure. La face bombée qui est la circonférence du cylindre, est en contact avec la surface de la lame. Le bombé réagit sur la lame pour reporter les efforts centrés au milieu de la surface de la meule 10 On évite le cas d'un support plan qui engendre des efforts sur les bords intérieur ou extérieur de la meule. On évite aussi des défauts de surface avec des accentuations d'usinage et surtout le risque que la lame se plante dans la meule et qu'elle soit éjectée avec danger pour la machine. 15 On fait les meulages une face après l'autre. Le poste de meulage est construit avec une symétrie et le même galet (3) sert pour les deux faces. Il y a un galet de contrôle par côté, tous deux montés sur un même 20 levier agissant sur un seul capteur. La lame appuie sur le galet et actionne par le levier le capteur pour informer le système de gestion qu'il faut modifier le déplacement du couteau pour garder la même position de l'appui de contrôle. 25 Nous avons construit la machine avec la contrainte de garder le couteau dans le plan vertical. Nous sommes arrivés à faire une symétrie des meules avec un angle d'inclinaison correspondant à l'angle d'affûtage qui peut être de 10% 15°. 30 Réalisation Nous avons les pièces du galet qui est fait par tournage L'appui de contrôle est un petit roulement à billes 35 La mécanique du levier est simple Le capteur est suivi par l'automate qui déduira les commandes numériques des axes pour les mouvements (X+ , Z+ et R+). 40 REVENDICATIONS1) Dispositif pour une machine d'affûtage de couteaux sur le poste de meulage caractérisé en ce que en ce que nous utilisons deux meules (8 et 6) boisseaux inclinées à l'angle d'affûtage (19), qui se font face, avec un unique galet d'appui (3) positionné entre les meules qui est une pièce de révolution qui présente sa circonférence comme surface de contacte contre la lame de couteaux pendant le meulage. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce en ce 15 que nous avons un appui (4) mobile placé juste derrière le galet d'appui (3) à l'intérieure du boisseau d'une meule (8). Il détecte la courbure de la lame (2) pendant son meulage qui sera transmise par un levier (5) à un capteur de déplacement (11). 20 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce en ce que l'angle d'inclinaison des deux meules donne l'angle d'affûtage de la lame du couteau. 25