Brevet FR3134902A1 — publié le 20231027

La présente invention concerne une technique de suivi de l’état de fonctionnement d’au moins un actionneur linéaire compris dans une machine-outil, basée sur les étapes suivantes : détermination (S2) d’une signature vibratoire courante de l’actionneur linéaire à partir d’un signal vibratoire représentatif du fonctionnement de l’actionneur linéaire, le signal vibratoire étant acquis (S1) par au moins un capteur de vibration associé à l’actionneur ; comparaison (S3) de la signature vibratoire courante avec des signatures vibratoires de référence correspondant chacune à un type de dysfonctionnement prédéterminé de l’actionneur linéaire Figure pour l’abrégé : Figure 2 Procédé de suivi de l’état de fonctionnement d’actionneurs linéaires compris dans une machine-outil à des fins de diagnostic et de maintenance prédictive, produit programme d’ordinateur, médium de stockage et dispositif de suivi correspondant L’invention s’inscrit dans le domaine des machines de production mécaniques, telles que les machines-outils à commande numérique pouvant être utilisées dans tout type d’industrie. Plus précisément, l’invention concerne une technique de surveillance de l’état de fonctionnement d’actionneurs linéaires compris dans de telles machines pour détecter d’éventuelles anomalies de fonctionnement et en connaître la cause. L’invention s’inscrit notamment, mais non exclusivement, dans le cadre d’une politique de maintenance prévisionnelle de la machine-outil. Arrière-plan technologique Au fur et à mesure de l’utilisation d’une machine-outil, il se produit une usure et des dérives de fonctionnement de certaines pièces constitutives de la machine, pouvant mener à des dysfonctionnements. C’est notamment le cas des actionneurs hydrauliques (aussi appelés distributeurs ou servovalves) qui constitue l’outil indispensable pour convertir l’énergie hydraulique en énergie mécanique grâce à un fluide sous pression. Si rien n’est fait, la machine peut être endommagée. C’est pourquoi il est important de surveiller régulièrement l’état de fonctionnement de ces organes afin de déceler un éventuel changement de comportement par rapport à leur fonctionnement nominal. Des anomalies peuvent ainsi être identifiées avant qu’elles n’entrainent des dégâts irréversibles et/ou des interruptions imprévues. En effet, dans certains cas de figure, il est nécessaire d’immobiliser la machine de manière imprévue afin de remplacer l’actionneur ou le composant défaillant. Cette solution exige la disponibilité d’un stock de pièces détachées suffisant et d’un technicien de dépannage compétent devant intervenir le plus rapidement possible. Un arrêt inopiné de machine se traduit par une perte de productivité car non programmé à l’avance. De plus, le déplacement sur site du technicien de dépannage, généralement effectué en véhicule, présente un impact non négligeable sur l’environnement. Une solution connue consiste à établir une planification anticipée d’arrêts machine en se fondant sur la durée de vie statistique des différents organes de la machine, à des fins de contrôle et de remplacement systématique d’organes. Toutefois une telle solution n’exclut pas le risque d’un démontage inutile de la machine, occasionnant une perte de temps et de productivité, ainsi qu’un gaspillage de pièces détachées (remplacées avant d’avoir atteint leur usure maximale réelle). Cette solution n’exclut en outre pas le risque de dysfonctionnement ou de panne entre deux entretiens, puisque la durée de vie des pièces repose sur un calcul statistique ne pouvant intégrer la totalité des paramètres en jeu. Enfin, cette solution n’est pas vraiment applicable dans un contexte d’utilisation de machines-outils d’occasion dont on ne connaît pas ou peu l’historique de fonctionnement de la machine. Enfin, iI existe un manque cruel d’outil d’aide au diagnostic, permettant connaître la cause précise d’un dysfonctionnement au niveau d’un actionneur linéaire de la machine, car les causes peuvent être multiples et leur compréhension demande des connaissances pointues en mécanique et en analyse du signal. Il existe donc un vrai besoin de proposer une solution d’aide au diagnostic d’un dysfonctionnement détecté au niveau d’un actionneur linéaire d’une machine-outil, à des fins de maintenance préventive et de simplification de planification d’interventions de dépannage. Cette solution se veut en outre « bas carbone », simple à mettre en œuvre et peu coûteuse. Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, il est proposé un procédé de suivi de l’état de fonctionnement d’au moins un actionneur linéaire compris dans une machine-outil, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes, pour un actionneur linéaire donné : - détermination d’une signature vibratoire courante dudit actionneur linéaire à partir d’un signal vibratoire représentatif du fonctionnement dudit actionneur linéaire, le signal vibratoire étant acquis par au moins un capteur de vibration associé audit actionneur linéaire ; - comparaison de la signature vibratoire courante avec au moins une signature appartenant à un jeu de signatures vibratoires de référence caractéristiques chacune d’un type de dysfonctionnement prédéterminé dudit actionneur linéaire. Ainsi, il est possible de détecter, par simple analyse vibratoire, un éventuel défaut de dysfonctionnement d’un ou plusieurs actionneurs linéaires équipant la machine-outil. L’analyse vibratoire permet d’avoir une image de l’état de santé mécanique de la machine-outil et de prévoir des corrections correctives le cas échéant. Selon un aspect particulier, le procédé comprend en outre les étapes suivantes, pour chacune des signatures vibratoires de référence : - estimation, d’un niveau de similarité entre la signature vibratoire de référence et la signature vibratoire courante ; - vérification que le niveau de similarité estimé est supérieur à un seuil de similarité prédéterminé ; - en cas de vérification positive, détection d’un dysfonctionnement dudit actionneur linéaire et génération d’une information indicatrice de la présence d’un dysfonctionnement. Le niveau de similarité consiste à quantifier le degré de ressemblance entre la signature courante et la signature de référence, ce degré de ressemblance (ou de similitude) étant maximum quand les deux signatures sont identiques. Ainsi, un niveau de similarité supérieur à un certain seuil signifie qu’un dysfonctionnement probable est détecté, et l’utilisateur en est alerté. Le seuil de similarité est dimensionné de manière à définir une certaine tolérance dans la comparaison des deux signatures. En effet, celles-ci peuvent ne pas être identiques en tout point mais est très proches l’une de l’autre, au moins dans leurs caractéristiques principales. L’alerte est destinée à une personne ciblée préalablement suivant le type d’alerte. Typiquement, si un arrêt machine est nécessaire, alors l’alerte est destinée préférentiellement à l’opérateur ; si une simple maintenance est à planifier, l’alerte est destinée au responsable maintenance. Une telle approche repose donc sur le principe de la maintenance prédictive afin de réduire l’impact environnemental en limitant les déplacements de technicien pour les diagnostics et la quantité de pièces remplacées suite à leur détérioration. Selon une caractéristique particulière, le procédé comprend, sur détection d’un dysfonctionnement, une étape d’identification du type de dysfonctionnement en fonction de la signature vibratoire de référence pour laquelle le dysfonctionnement est détecté, et dans lequel ladite information de dysfonctionnement comprend une donnée relative au type de dysfonctionnement déterminé. Ainsi, un diagnostic du fonctionnement de la machine-outil peut être automatiquement établi grâce au jeu de signatures de référence. En effet, la similarité du signal vibratoire avec l’une des signatures de référence permet d’identifier précisément la cause du dysfonctionnement détecté, et de déclencher, le cas échéant, des opérations de maintenance préventives bien avant l’apparition d’une véritable défaillance. Selon une mise en œuvre particulière, l’étape de comparaison est mise en œuvre en continu ou de l’une au moins des manières suivantes : de manière périodique, de manière ponctuelle. De cette manière, il est possible de faire un suivi de l’état de fonctionnement de la machine-outil tout en veillant à optimiser la consommation en énergie électrique, par exemple en privilégiant un mode de surveillance régulier de la machine-outil plutôt qu’en continu ou bien à des instants prédéfinis du cycle de fonctionnement de la machine-outil (après chaque démarrage par exemple) et/ou sur requête de l’opérateur. Selon un aspect particulièrement intéressant, l’étape de comparaison est mise en œuvre sur détection d’une anomalie de fonctionnement elle-même détectée par confrontation de la signature vibratoire courante avec une signature vibratoire de référence, de deuxième type, caractéristique d’un état de fonctionnement nominal dudit actionneur linéaire, lesdites signatures vibratoires de référence dudit jeu étant de premier type. De cette façon, le diagnostic de fonctionnement n’est réalisé que lorsque la surveillance a permis de détecter une anomalie ou une évolution atypique du signal vibratoire. Pour permettre un suivi de l’état de fonctionnement de la machine, l’étape de confrontation peut être mise en œuvre en continu, ou bien de manière périodique et/ou ponctuelle, à des fins de de réductions de la consommation électrique . Selon une mise en œuvre particulière, le procédé comprend les étapes suivantes : - détermination d’un niveau d’alerte associé au type de dysfonctionnement identifié ; - décision d’un arrêt ou d’une poursuite de fonctionnement de la machine-outil en fonction du niveau d’alerte déterminé. Ainsi, une procédure d’alerte adaptée à la nature du dysfonctionnement peut donc être mise en œuvre : par exemple un premier niveau d’alerte autorisant la poursuite du fonctionnement de la machine permet un fonctionnement en mode dégradé mais possible de la machine-outil jusqu’à intervention, le deuxième niveau d’alerte étant associé à un arrêt d’urgence de la machine. Une telle procédure facilite la planification de l’intervention humaine de maintenance. Selon une caractéristique particulière, les étapes de détermination d’une signature vibratoire courante et de comparaison sont réitérées de manière périodique sur une durée prédéfinie pour suivre l’évolution du dysfonctionnement détecté pendant ladite durée prédéfinie. Il est ainsi possible de s’assurer de la présence et de la cause d’un dysfonctionnement détecté, notamment certains dysfonctionnements dont l’apparition n’est pas systématique ou régulière. Une tendance à la hausse de certains indicateurs par rapport à une signature de référence du jeu peut permettre de déclencher des opérations de maintenance préventives bien avant l’apparition d’une véritable défaillance de l’actionneur linéaire. Selon une mise en œuvre particulière, seule la signature vibratoire de référence dudit jeu pour laquelle le dysfonctionnement est détecté est prise en compte dans l’étape de comparaison lorsque l’étape de comparaison est réitérée. Ceci permet de simplifier et d’accélérer le traitement des données et d’économiser ainsi les ressources en calcul. Selon un aspect particulier, le procédé comprend une étape de modification, en cas de dysfonctionnement détecté, d’au moins un paramètre de fonctionnement dudit actionneur linéaire en fonction du type de dysfonctionnement identifié. Une procédure de reconfiguration des paramètres de fonctionnement de l’actionneur linéaire peut donc être envisagée en fonction de la nature du dysfonctionnement, et ainsi permettre une « autoréparation » de l’actionneur linéaire sans intervention humaine. Dans un autre mode de réalisation de l’invention, il est proposé un produit programme d'ordinateur qui comprend des instructions de code de programme pour la mise en œuvre du procédé précité (dans l’un quelconque de ses différents modes de réalisation), lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. Dans un autre mode de réalisation de l’invention, il est proposé un médium de stockage lisible par ordinateur et non transitoire, stockant un programme d’ordinateur comprenant un jeu d’instructions exécutables par un ordinateur pour mettre en œuvre le procédé précité (dans l’un quelconque de ses différents modes de réalisation). Dans un autre mode de réalisation de l’invention, il est proposé un dispositif de suivi de l’état de fonctionnement d’au un moins un actionneur linéaire compris dans une machine-outil, le système étant caractérisé en ce qu’il comprend, pour un actionneur linéaire donné : - des moyens de détermination d’une signature vibratoire courante dudit actionneur linéaire à partir d’un signal vibratoire représentatif du fonctionnement dudit actionneur linéaire, le signal vibratoire étant acquis par au moins un capteur de vibration associé audit actionneur linéaire ; - des moyens de comparaison de la signature vibratoire courante avec au moins une signature appartenant à un jeu de signatures vibratoires de référence caractéristiques chacune d’un type de dysfonctionnement prédéterminé dudit actionneur linéaire ; - des moyens de détection d’un dysfonctionnement dudit actionneur linéaire en fonction des résultats issus des moyens de comparaison. Le dispositif peut être implémenté localement au sein même de la machine-outil ou bien à distance au sein d’une entité ou d’une unité distante configurée pour suivre l’état de fonctionnement de ou des actionneurs linéaires de la machine-outil à des fins d’établissement d’un diagnostic de fonctionnement de ces organes. Le dispositif comprend des moyens de mise en œuvre des étapes du procédé tel que décrit précédemment, dans l’un quelconque de ses différents modes de réalisation. Liste des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels : présente un schéma de principe d’une presse plieuse hydraulique pour laquelle l’invention est mise en œuvre ; présente un organigramme d’un mode de réalisation particulier du procédé selon l’invention ; est une représentation graphique illustrant un exemple de signal vibratoire représentatif du fonctionnement courant d’un actionneur linéaire intégré à la presse plieuse ; est une représentation graphique illustrant un exemple d’une signature vibratoire courante de l’actionneur linéaire ; est une représentation graphique illustrant un exemple de signature vibratoire de référence caractéristique d’un dysfonctionnement de l’actionneur linéaire ; représente la structure simplifiée d’un dispositif mettant en œuvre le procédé selon un mode de réalisation particulier de l’invention. Procédé de suivi de l’état de fonctionnement d’au moins un actionneur linéaire compris dans une machine-outil (100), le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes, pour un actionneur linéaire donné : - détermination (S2) d’une signature vibratoire courante dudit actionneur linéaire à partir d’un signal vibratoire représentatif du fonctionnement dudit actionneur linéaire, le signal vibratoire étant acquis (S1) par au moins un capteur de vibration associé audit actionneur linéaire ; - comparaison (S3) de la signature vibratoire courante avec au moins une signature appartenant à un jeu de signatures vibratoires de référence caractéristiques chacune d’un type de dysfonctionnement prédéterminé dudit actionneur linéaire. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre les étapes suivantes, pour chacune des signatures vibratoires de référence : - estimation, d’un niveau de similarité entre la signature vibratoire de référence et la signature vibratoire courante ; - vérification que le niveau de similarité estimé est supérieur à un seuil de similarité prédéterminé ; - en cas de vérification positive, détection (S4) d’un dysfonctionnement dudit actionneur linéaire et génération d’une information indicatrice de la présence d’un dysfonctionnement. Procédé selon la revendication 2, comprenant, sur détection d’un dysfonctionnement, une étape d’identification du type de dysfonctionnement en fonction de la signature vibratoire de référence pour laquelle le dysfonctionnement est détecté, et dans lequel ladite information de dysfonctionnement comprend une donnée relative au type de dysfonctionnement déterminé. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ladite étape de comparaison est mise en œuvre sur détection d’une anomalie de fonctionnement elle-même détectée par confrontation de la signature vibratoire courante avec une signature vibratoire de référence, de deuxième type, caractéristique d’un état de fonctionnement nominal dudit actionneur linéaire, lesdites signatures vibratoires de référence dudit jeu étant de premier type. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 et 4, comprenant les étapes suivantes : - détermination d’un niveau d’alerte associé au type de dysfonctionnement identifié ; - décision d’un arrêt ou d’une poursuite de fonctionnement de la machine-outil en fonction du niveau d’alerte déterminé. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel les étapes de détermination d’une signature vibratoire courante et de comparaison sont réitérées de manière périodique sur une durée prédéfinie pour suivre l’évolution du dysfonctionnement détecté pendant ladite durée prédéfinie. Procédé selon la revendication 6, dans lequel seule la signature vibratoire de référence dudit jeu pour laquelle le dysfonctionnement est détecté est prise en compte dans l’étape de comparaison lorsque l’étape de comparaison est réitérée. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, comprenant une étape de modification d’au moins un paramètre de fonctionnement dudit actionneur linéaire en fonction du type de dysfonctionnement identifié. Produit programme d'ordinateur, comprenant des instructions de code de programme pour la mise en œuvre du procédé selon au moins une des revendications 1 à 8, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. Médium de stockage lisible par ordinateur et non transitoire, stockant un produit programme d’ordinateur selon la revendication 9. Dispositif de suivi (50) de l’état de fonctionnement d’au un moins un actionneur linéaire compris dans une machine-outil (100), le dispositif étant caractérisé en ce qu’il comprend, pour un actionneur linéaire donné : - des moyens de détermination d’une signature vibratoire courante dudit actionneur linéaire à partir d’un signal vibratoire représentatif du fonctionnement dudit actionneur linéaire, le signal vibratoire étant acquis par au moins un capteur de vibration associé audit actionneur linéaire ; - des moyens de comparaison de la signature vibratoire courante avec au moins une signature appartenant à un jeu de signatures vibratoires de référence caractéristiques chacune d’un type de dysfonctionnement prédéterminé dudit actionneur linéaire ; - des moyens de détection d’un dysfonctionnement dudit actionneur linéaire en fonction des résultats issus des moyens de comparaison.