Brevet FR3159106A1 — publié le 20250815

Procédé de perçage d’une pièce à usiner, notamment à surface(s) courbée(s), avec ajustement de la position d’outils d’usinage d’un effecteur de robot par rapport à la pièce mesure individuelle sans contact par laser de chaque outil. L’invention consiste essentiellement en un procédé de perçage d’une pièce à usiner, notamment à surface(s) courbée(s), au moyen d’outils de perçage montés dans un effecteur de robot, qui met en œuvre des étapes de positionnement des outils à partir de détection capteurs de distance laser, sans contact avec la pièce à usiner, en lieu et place de palpeurs mécaniques selon l’état de l’art. Les capteurs laser permettent de diminuer les distances d’approche et de dégagement ainsi que les temps de traitement des signaux pour les positionnements simultanés des outils de perçage En outre, avec les détections réalisées par les capteurs laser, cela permet de réapproprier en dynamique les positions de garde des axes et des outils de perçage par rapport à la courbure réelle de la pièce à usiner. Figure pour l’abrégé : Fig. 4 Procédé de perçage d’une pièce à usiner, notamment à surface(s) courbée(s), avec ajustement de la position d’outils d’usinage d’un effecteur de robot par rapport à la pièce mesure individuelle sans contact par laser de chaque outil. La présente invention concerne le domaine du perçage des matériaux composites, en aluminium, en acier, et en superalliage, et plus particulièrement du perçage des pièces destinées à un usage aéronautique, notamment des pièges à sons. L’invention vise principalement à proposer une solution fiable et aisée permettant un gain de productivité du perçage. Bien que décrite en référence à une application privilégiée de perçage d’un piège à son, au moyen d’un effecteur multibroches, l’invention s’applique au perçage de toute pièce avec un effecteur de robot. L’effecteur multibroches peut être un effecteur de n’importe quel robot, notamment à bras articulé à un ou plusieurs axes et/ou un robot cartésien. Un piège à son, appelé aussi silencieux ou atténuateur de bruit, est un dispositif permettant de capter les sons dans un flux d'air et d'atténuer l'amplitude des ondes acoustiques. Les pièges à son, qui sont mis en œuvre notamment sur les pièces aéronautiques, sont réalisés en perçant des zones dans des pièces qui peuvent être en matériau composite, en aluminium, en acier, et en superalliage, selon des motifs spécifiques, déterminés par des acousticiens. Ces motifs doivent respecter en premier lieu un pourcentage d’ouverture qui est le ratio entre surface ouverte et surface fermée. Ce ratio est directement lié au diamètre de trou et à la distance entre les trous. Les contraintes de plus en plus drastiques sur la réduction du bruit des aéronefs conduisent à : introduire la fonction de réduction acoustique sur un maximum de pièces, ce qui se traduit par une augmentation du nombre de références de pièces, avoir une variabilité importante dans la définition des motifs acoustiques. Jusqu’à présent, la technologie de perçage mécanique est reconnue et homologuée pour la réalisation de ces perçages. Pour le perçage de pièges à son, des bras robotiques ou des machines 5 axes portant une tête, aussi appelée effecteur multibroches intégrant des outils de perçage (broches et outils de coupe) agencés en ligne ou selon une matrice, sont généralement utilisés pour réaliser un multi-perçage simultané. Les études acoustiques démontrent une meilleure réduction du bruit en faisant évoluer les motifs des pièges à son vers un pourcentage d’ouverture identique mais avec un diamètre de trou considérablement réduit. La tendance est de diminuer le diamètre d’un facteur au moins égal à 2. Diviser par 2 le diamètre implique un nombre de perçages à réaliser 4 fois plus élevé et donc 4 fois plus de temps de production. Il y a donc un enjeu de gagner en productivité, qui implique de percer plus vite et davantage de trous en même temps. Dans le process général du perçage, un temps relativement important est dédié à la connaissance des distances d’approche et de dégagement de l’effecteur vis-à-vis de la surface de pièce à usiner. En effet, à ce jour, cette connaissance est exclusivement réalisée en mettant en œuvre un palpage mécanique de la pièce à l’aide d’un poussoir palpeur équipé d’un capteur à contact, notamment décrit dans le brevet FR3001645B1. En plus du temps conséquent de mise en œuvre du palpage, un palpeur mécanique occupe une place non négligeable autour d’une broche de perçage. Cet encombrement est multiplié à l’échelle d’un effecteur multi-broches. Il existe donc un besoin pour rendre plus rapides les opérations connaissance des distances d’approche et de dégagement d’un effecteur, en particulier multi-broches, dans un procédé de perçage d’une pièce à usiner, notamment à surface(s) courbée(s), tel qu’un piège à son. Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce besoin. Pour ce faire, l’invention concerne, sous l’un de ses aspects, un procédé de perçage d’une pièce à usiner, notamment à surface(s) courbée(s), au moyen d’outils de perçage montés dans un effecteur de robot, le procédé comprenant les étapes suivantes : i/ approche de l’effecteur de robot avec positionnement de l’axe (Z) de son centre orthogonal à un point de surface de la pièce prédéterminé par calcul, et positionnement de chaque outil de perçage à une distance, dite garde d’approche (Ga), un point de surface de la pièce prédéterminé par calcul, ii/ avance de l’axe (Z) jusqu’à une distance dite garde rapprochée (Gr) prédéterminée par calcul, iii/ une fois la garde rapprochée (Gr) atteinte, mise en mouvement de l’axe (W) de chaque outil de perçage à une vitesse d’avance (Vr) prédéterminée, iv/ avance de chaque axe (W) d’outil de perçage à la vitesse d’avance (Vr) jusqu’à une distance, dite garde de perçage (Gp) détectée par chacun des capteurs de distance laser et enregistrée, v/ une fois la garde de perçage (Gp) atteinte, changement de vitesse d’avance de chaque outil de perçage de la vitesse Vr à une vitesse d’avance (Vt), dite vitesse de travail, vi/ perçage, simultané ou non, de la pièce par l’ensemble des outils de perçage à la vitesse de travail (Vt), vii/ retrait, simultané ou non, de l’ensemble des outils de perçage de la pièce, viii/ remontée des outils de perçage et retour pour chacun d’entre eux à une distance dite garde de sécurité (Gs) déterminée à partir de la garde de perçage (Gp) de chaque axe enregistrée à l’étape iv/ par chacun des capteurs de distance laser. Avantageusement, le procédé comprend, avant l’étape i/, une étape préalable de positionnement de chaque axe (W) d’outil de perçage, prédéterminée par calcul tenant compte de la surface de pièce à usiner. Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé comprend une étape de déplacement de l’effecteur pour le positionner en un autre point de la pièce à usiner, puis réitération des étapes i/ à viii/. Selon ce mode, l’effecteur est de préférence celui d’un robot à six axes ou d’un robot cartésien à trois axes de déplacement linéaires, deux axes de déplacement rotatif et un axe de perçage, le déplacement comprenant le déplacement de l’effecteur selon respectivement au moins un des six axes ou l’axe de perçage. Le procédé peut comprendre l’une ou l’autre des caractéristiques avantageuses suivantes : - la garde d’approche (Ga) est inférieure ou égale à 20 mm ; - la garde rapprochée (Gr) est inférieure ou égale à 10 mm ; - la garde de perçage (Gp) est inférieure ou égale à 0,5 mm ; - la garde de sécurité (Gs) est égale à la garde de perçage (Gp) plus une marge de sécurité. Selon une variante de réalisation avantageuse, le front montant du signal tout-ou-rien (TOR) de détection par capteur de distance laser de la garde de perçage (Gp) selon l’étape iv/ est directement sur une entrée du variateur de vitesse de l’outil de perçage. Cette variante permet de s’affranchir du temps de traitement d’une commande numérique et de celui de son automate. Ainsi, le procédé présente une meilleure réactivité. Avantageusement, l’étape vii/ de retrait est réalisée lorsque la fin de perçage est détectée par un système de suivi de consommation des outils de perçage. L’invention concerne également un effecteur multi-broches de robot, notamment destiné à mettre en œuvre le procédé tel que décrit précédemment, comprenant : - un corps, - un nombre n d’outils de perçage montés dans le corps en formant une matrice, - un nombre n de capteurs de distance laser, agencés chacun à proximité d’un outil de perçage, pour détecter individuellement au moins une distance (Gp) entre l’extrémité libre d’un outil de perçage et un point d’une pièce à usiner. Selon un mode de réalisation avantageux, l’effecteur comprend un nombre n de moteurs linéaires adaptés chacun pour l’avance ou la remontée d’un outil de perçage. L’invention a également pour objet l’utilisation du procédé et/ou de l’effecteur décrit(s) précédemment pour l’usinage d’une pièce aéronautique, notamment un piège à sons. L’invention a enfin pour objet une pièce, notamment une pièce aéronautique, usinée selon le procédé tel que décrit précédemment. Ainsi, l’invention consiste essentiellement en un procédé de perçage d’une pièce à usiner, notamment à surface(s) courbée(s), au moyen d’outils de perçage montés dans un effecteur de robot, qui met en œuvre des étapes de positionnement des outils à partir de détection capteurs de distance laser, sans contact avec la pièce à usiner, en lieu et place de palpeurs mécaniques selon l’état de l’art. Les capteurs laser permettent de diminuer les distances d’approche et de dégagement ainsi que les temps de traitement des signaux pour les positionnements simultanés des outils de perçage En outre, avec les détections réalisées par les capteurs laser, cela permet de réapproprier en dynamique les positions de garde des axes et des outils de perçage par rapport à la courbure réelle de la pièce à usiner. Au final, l’invention apporte de nombreux avantages par rapport aux procédés selon l’état de l’art, parmi lesquels on peut citer: une diminution du temps d’usinage d’une pièce, en particulier à surface courbée, une augmentation de la compacité des outils de perçage du fait de la mise en œuvre de capteurs de distance laser moins encombrants que des palpeurs mécaniques selon l’état de l’art et donc une augmentation de la densité d’outils de perçage sur une surface donnée. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d’exemples de mise en œuvre de l’invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes. FIG. 1 la FIG. 1 est une vue en coupe longitudinale d’un exemple d’une partie d’un effecteur multi-broches munie d’un palpeur mécanique autour d’une broche, selon l’état de l’art. FIG. 2 la FIG. 2 est une vue schématique en coupe de l’effecteur multi-broches à palpeurs mécaniques, montrant le positionnement de retour des broches une fois effectué le perçage d’une pièce à surface courbe, selon l’état de l’art. FIG. 3 la FIG. 3 est une vue en coupe longitudinale d’un exemple d’une partie d’un effecteur multi-broches munie d’un capteur de distance laser autour d’une broche, selon l’invention. FIG. 4 la FIG. 4 est une vue schématique en coupe de l’effecteur multi-broches à capteurs de distance laser, montrant le positionnement de retour des broches une fois effectué le perçage d’une pièce à surface courbe, selon l’invention. Description détaillée Dans l’ensemble de la présente demande, les termes « avant » et « arrière » sont à comprendre par référence à un effecteur multibroches selon l’invention en configuration de fonctionnement, avec l’outil de perçage à l’avant. On a représenté à la FIG. 1 une partie d’un effecteur multi-broches 1 montrant une broche 10 avec un palpeur mécanique 11 selon l’état de l’art. Cet effecteur 1 est plus particulièrement destiné à réaliser le perçage de trous de petit diamètre, typiquement de 0,5 à 2 mm, dans une pièce P à vocation d’atténuation acoustique, telle qu’un piège à son. Le palpeur mécanique 11 permet d’initier l’étape proprement dite du perçage d’un trou par la broche 12. Le procédé de perçage avec un tel effecteur 1 selon l’état de l’art peut être résumé comme suit. On réalise une approche de l’effecteur 1 à l’aide des 6 axes d’un robot portant l’effecteur. Cette approche est faite jusqu’à ce que l’effecteur 1 soit à une distance prédéfinie de la pièce P à percer. Le perçage proprement dit par une broche 10 est réalisé après que le palpeur 11 soit en contact physique avec la pièce P. A la fin du perçage, l’ensemble des broches 10 reculent d’une distance prédéfinie, avant de commencer le perçage suivant, c’est-à-dire à un autre endroit de la pièce P. Si le perçage en tant que tel est satisfaisant, le temps de la mise en œuvre du palpage mécanique est relativement important. En outre, comme cela ressort de la FIG. 1 , un palpeur mécanique 11, même bien intégré dans un effecteur 1, occupe une place non négligeable autour de la broche 10. Et donc, le nombre de broches 10 pour une surface donnée de pièce P à percer est contraint par les encombrements cumulés de l’ensembles des palpeurs mécaniques 11. En outre, comme illustré à la FIG. 2 , l’étape de remontée des broches 10 selon le procédé de l’état de l’art n’est pas parfaite, plus particulièrement lorsque la surface de la pièce P est courbe. Les broches 10 peuvent remonter en suivant non pas la courbe réelle de la pièce P mais la courbe C 0 calculée préalablement, qui n’épouse donc pas parfaitement la courbe réelle. Pour pallier les inconvénients de ce procédé selon l’état de l’art avec palpeurs mécaniques 11, les inventeurs ont pensé judicieusement à mettre en œuvre un procédé de perçage en implantant en lieu et place des palpeurs des capteurs de distance laser 100. La FIG. 3 montre une partie d’un effecteur 1 multi-broches avec un capteur de distance laser 100 fixé à côté d’une broche 10. Chacune des broches 10 est équipée d’au moins un capteur de distance laser 100. Le procédé de perçage selon l’invention comprend les étapes suivantes. On précise que l’axe Z est l’axe d’avance normal à la pièce P à percer et que cette avance est géré par le robot portant l’effecteur 1. L’axe W est l’axe d’avance normal à la pièce à percer P et cette avance est gérée par l’effecteur 1. Etape 0 / : on réalise le positionnement de chaque axe (W) d’outil de perçage, prédéterminée par calcul tenant compte de la courbure théorique de la surface de pièce P à usiner. Etape i/ : on approche de l’effecteur de robot avec positionnement de l’axe (Z) de son centre orthogonal à un point de surface de la pièce prédéterminé par calcul, et on positionne de chaque outil de perçage à une distance, dite garde d’approche (Ga), un point de surface de la pièce prédéterminé par calcul. De préférence, la garde d’approche (Ga) est inférieure ou égale à 20 mm. Etape ii/ : on réalise l’avance de l’axe (Z) jusqu’à une distance dite garde rapprochée (Gr) prédéterminée par calcul. De préférence, la garde rapprochée (Gr) est inférieure ou égale à 10 mm. Etape iii/ une fois la garde rapprochée (Gr) atteinte, on met en mouvement l’axe (W) de chaque outil de perçage à une vitesse d’avance (Vr) prédéterminée, Etape iv/ on avance alors chaque axe (W) d’outil de perçage à la vitesse d’avance (Vr) jusqu’à une distance, dite garde de perçage (Gp) détectée par chacun des capteurs de distance laser 100. Cette garde de perçage (Gp) est alors enregistrée. De préférence, la garde de perçage (Gp) est inférieure ou égale à 0,5 mm. Avantageusement, le front montant du signal tout-ou-rien (TOR) de détection par capteur de distance laser de la garde de perçage (Gp) selon l’étape iv/ est directement sur une entrée du variateur de vitesse de l’outil de perçage. Cela permet un gain de temps pour la mise en route de l’étape v/ suivante. Etape v/ : une fois la garde de perçage (Gp) atteinte, on fait un changement de vitesse d’avance de chaque outil de perçage de la vitesse Vr à une vitesse d’avance (Vt), dite vitesse de travail. Etape vi/ : le perçage, simultané ou non, de la pièce P est alors réalisé par l’ensemble des outils de perçage 12 à la vitesse de travail (Vt). Etape vii/ : une fois le perçage souhaité réalisé, on procède au retrait, simultané ou non, de l’ensemble des outils de perçage 10, 12 de la pièce P. Cette étape de retrait est avantageusement réalisée lorsque la fin de perçage est détectée par un système de suivi de consommation des outils de perçage 10, 12. Etape viii/ : on effectue alors une remontée des outils de perçage et retour pour chacun d’entre eux à une distance dite garde de sécurité (Gs) déterminée à partir de la garde de perçage (Gp) de chaque axe enregistrée à l’étape iv/ par chacun des capteurs de distance laser 100. De préférence, la garde de sécurité (Gs) est égale à la garde de perçage (Gp) plus une marge de sécurité. Grâce à cette détection par laser qui est individualisée pour chacune des broches 10 et qui est enregistrée, la remontée des broches 10 se fait selon une courbe C1 qui épouse parfaitement la courbure réelle de la pièce comme illustré à la FIG. 4 . D’autres variantes et améliorations peuvent être prévues sans pour autant sortir du cadre de l’invention. Si dans l’exemple illustré, le capteur de distance à laser 100 est agencé à côté d’une broche, on peut également envisager de l’intégrer dans son corps, i.e. juste à côté du logement d’outil de perçage. Procédé de perçage d’une pièce à usiner, notamment à surface(s) courbée(s), au moyen d’outils de perçage montés dans un effecteur de robot, le procédé comprenant les étapes suivantes : i/ approche de l’effecteur de robot avec positionnement de l’axe (Z) de son centre orthogonal à un point de surface de la pièce prédéterminé par calcul, et positionnement de chaque outil de perçage à une distance, dite garde d’approche (Ga), un point de surface de la pièce prédéterminé par calcul, ii/ avance de l’axe (Z) jusqu’à une distance dite garde rapprochée (Gr) prédéterminée par calcul, iii/ une fois la garde rapprochée (Gr) atteinte, mise en mouvement de l’axe (W) de chaque outil de perçage à une vitesse d’avance (Vr) prédéterminée, iv/ avance de chaque axe (W) d’outil de perçage à la vitesse d’avance (Vr) jusqu’à une distance, dite garde de perçage (Gp) détectée par chacun des capteurs de distance laser et enregistrée, v/ une fois la garde de perçage (Gp) atteinte, changement de vitesse d’avance de chaque outil de perçage de la vitesse Vr à une vitesse d’avance (Vt), dite vitesse de travail, vi/ perçage, simultané ou non, de la pièce par l’ensemble des outils de perçage à la vitesse de travail (Vt), vii/ retrait, simultané ou non, de l’ensemble des outils de perçage de la pièce, viii/ remontée des outils de perçage et retour pour chacun d’entre eux à une distance dite garde de sécurité (Gs) déterminée à partir de la garde de perçage (Gp) de chaque axe enregistrée à l’étape iv/ par chacun des capteurs de distance laser. Procédé selon la revendication 1, comprenant avant l’étape i/, une étape préalable de positionnement de chaque axe (W) d’outil de perçage, prédéterminée par calcul tenant compte de la surface de pièce à usiner. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant une étape de déplacement de l’effecteur pour le positionner en un autre point de la pièce à usiner, puis réitération des étapes i/ à viii/. Procédé selon la revendication 3, l’effecteur étant celui d’un robot à six axes ou d’un robot cartésien à trois axes de déplacement linéaires, deux axes de déplacement rotatif et un axe de perçage, le déplacement comprenant le déplacement de l’effecteur selon respectivement au moins un des six axes ou l’axe de perçage. Procédé selon l’une des revendications précédentes, la garde d’approche (Ga) étant inférieure ou égale à 20 mm. Procédé selon l’une des revendications précédentes, la garde rapprochée (Gr) étant inférieure ou égale à 10 mm. Procédé selon l’une des revendications précédentes, la garde de perçage (Gp) étant inférieure ou égale à 0,5 mm. Procédé selon l’une des revendications précédentes, la garde de sécurité (Gs) étant égale à la garde de perçage (Gp) plus une marge de sécurité. Procédé selon l’une des revendications précédentes, le front montant du signal tout-ou-rien (TOR) de détection par capteur de distance laser de la garde de perçage (Gp) selon l’étape iv/ étant directement sur une entrée du variateur de vitesse de l’outil de perçage. Procédé selon l’une des revendications précédentes, l’étape vii/ de retrait étant réalisée lorsque la fin de perçage est détectée par un système de suivi de consommation des outils de perçage. Effecteur multi-broches de robot, notamment destiné à mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant : un corps, un nombre n d’outils de perçage montés dans le corps en formant une matrice, un nombre n de capteurs de distance laser, agencés chacun à proximité d’un outil de perçage, pour détecter individuellement au moins une distance (Gp) entre l’extrémité libre d’un outil de perçage et un point d’une pièce à usiner. Effecteur multibroches selon la revendication 11, comprenant un nombre n de moteurs linéaires adaptés chacun pour l’avance ou la remontée d’un outil de perçage. Utilisation du procédé selon l’une des revendications 1 à 10 et/ou de l’effecteur selon la revendication 11 ou 12 pour l’usinage d’une pièce aéronautique, notamment un piège à sons. Pièce, notamment une pièce aéronautique, usinée selon le procédé selon l’une des revendications 1 à 10.