Mise   Jour : 10 Février 2004
 

   


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DOSSIER TECHNIQUE

 

A/ Expression du besoin

 Dans un atelier de fabrication d'outils d'usinage, une part importante du travail consiste aussi à ré-affûter les fraises scies usées ou à ré-usiner celles dont les dents ont été cassées. Pour cela, il faut connaître ses caractéristiques métrologiques, afin de paramétrer le poste d'usinage. Ces caractéristiques sont les suivantes:

 

le diamètre Æ

le nombre de dents Z

 

La mesure du diamètre Æ s’effectue avec un pied à coulisse.

Le comptage des dents est une opération manuelle !

 

 

 

Méthode de comptage manuel :

Le comptage manuel s’effectue sur une « table lumineuse » : L’opérateur pose la fraise scie sur une feuille blanche et pointe, avec un feutre, l’espace entre chaque dent, sur un ¼ de tour. Il compte ensuite le nombre de points sur la feuille et multiplie le résultat par 4 pour obtenir enfin le nombre de dents !

Cette opération pouvant se répéter jusqu’à 50 fois par jour dans les périodes de forte charge de travail !

Une erreur dans le comptage entraîne une destruction des dents de la fraise plutôt qu’un ré-usinage : l’outil de la machine à ré-affûter est censé faire Z aller-retours pendant une rotation d’un tour de la fraise pour respecter le profil des dents.

La durée de comptage longue et les destructions occasionnées en cas d’erreur de comptage des dents font que la productivité de l’atelier est faible !

Au début des années 90, la société CARBILLY a souhaité supprimer l’opération de comptage manuel pour améliorer la productivité , et a développé un analyseur automatique de fraises scies……

 

B/ l’Analyseur de Fraises Scies

L'Analyseur de Fraises Scies, (AFS), détermine automatiquement le diamètre Æ, le pas P (distance curviligne séparant deux dents consécutives) et le nombre de dents Z de la fraise.

 

Vue générale du prototype :

 

 

C’est un appareil robuste (situé dans un atelier…), d’utilisation simple et donnant rapidement les résultats attendus, comme le montre sa procédure d’utilisation :

L’AFS a préalablement été mis sous tension :

- Nettoyer la fraise avec une brosse et sélectionner une zone de 2 cm ne comportant pas de dents cassées.

- Placer la fraise à analyser sur du chariot en orientant la zone sélectionnée vers le dispositif d’éclairage. Les dents de cette zone doivent être inclinées vers la droite.

     * Si le diamètre de la fraise à analyser est supérieure à 50 mm,       introduire la fraise sur l’axe porte-fraise du chariot de mesure.

     * Si le diamètre de la fraise à analyser est inférieure à 50 mm :

     ->Installer le support déporté livré avec la machine,

     ->Basculer le commutateur sur la position PM,

     ->Introduire la fraise sur l’axe déporté.

- Lancer l’analyse en pressant le bouton-poussoir.

- Attendre le retour du chariot à la position initiale.

- Lire les résultats de l’analyse sur l’afficheur.

 

L’ensemble de ces opérations prennent

en moyenne 15 secondes !

 

 

C/ Principe de fonctionnement

 

 

Un moteur pas à pas couplé à un système vis-écrou déplace le chariot porte-fraise.

Un capteur CCD fixe de 2048 cellules en ligne, distantes de 14 µm est situé sous une source de lumière parallèle.

Lorsque la fraise coupe le faisceau lumineux, la reconnaissance des points obscurcis sur le capteur CCD permet de déterminer le diamètre, puis le pas et nombre de dents de la fraise :

Le diamètre est calculé en fonction de la distance de déplacement du chariot.

Le pas est calculé en fonction de l’écartement entre 2 dents.

Le nombre de dents est déduit de ces deux valeurs.

 

Calcul du diamètre Æ :

 

Quand l’extrémité d’une dent de la fraise vient faire de l’ombre sur une cellule du capteur CCD, le chariot s’est déplacé de la valeur x depuis sa position initiale.

 

 

La distance l est une valeur constante et précise (90 mm).

La distance x de déplacement du chariot est déterminée par :

-le pas de vis de la partie mécanique (1mm) ;

-le nombre de pas du moteur (200 pas par tour) ;

-le nombre d’impulsions d’horloge envoyées au moteur.

Le nombre d’impulsions comptabilisées par un codeur incrémental (200 pas par tour) permet  de confirmer le nombre de pas effectué par le moteur.

 

Calcul du pas P et du nombre de dents Z :

 

Le chariot se déplace encore pour détecter 2 pointes de dents éloignées qui forment ainsi une corde c sur le cercle de diamètre Æ :

 

 

 

La corde c est déterminée par l’espacement entre les 2 cellules obscurcies par les 2 pointes des dents éloignées (largeur d’une cellule 14 µm).

A partir de la valeur de la corde c, les relations mathématiques ci-dessus permettent de calculer le pas P et le nombre de dents Z.

 

Principe de détection du contour et de la corde c par le capteur CCD :

 

 

Dans le cas idéal présenté, la pointe de la première  dent « passe » sur  l’axe du support de la fraise. Cela n’arrivera pas souvent, la pointe sera décalée. Le pixel obscurci ne sera pas en position y0 idéale sur la ligne de pixel mais décalé vers la gauche ou la droite. Un calcul trigonométrique (calcul de l’hypoténuse ) permet de s’affranchir de ce décalage….

Il en sera de même pour les 2 dents voisines qui ne seront pas détectées sur la même ligne de pixel…….

Le positionnement du capteur CCD par rapport à l’axe du support de fraise est donc un paramètre très important. Il a fait l’objet d’une procédure d’étalonnage avant la première mise en service de l’AFS.

 

Déroulement d’une séquence d'analyse :

 

L'analyse d'une fraise comporte les phases suivantes:

-départ chariot en butée arrière dès lancement analyse ;

-avance à vitesse rapide par zones de 70 pas avec recherche (sur 700 cellules capteur seulement) de la 1° zone sombre ;

-recul à la zone précédente lorsqu'une ombre a été détectée par le capteur ;

-avance lente avec mémorisation des 2048 données du capteur et analyse après chaque pas des formes repérées ;

-calcul des grandeurs caractéristiques et affichage ;

-retour à la position initiale.

Pour en savoir plus, télécharger le document complet...

 

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