BOULOUIZE, Abdellah (12 route des Papetiers, Geneuille, Geneuille, F-25870, FR)
| REVENDICATIONS 1 . Machine à usinage ultrasonore comportant un générateur couplé à des moyens de mise en fonctionnement, un ensemble de transduction équipé d'une sonotrode (1 ), des moyens pour gérer la descente de la sonotrode en direction d'une pièce à usiner caractérisée en ce que les moyens pour gérer la descente de la sonotrode comprennent : - une table assurant un mouvement de translation qui à partir d'une vitesse de consigne de commande gère la descente de la sonotrode, dite table en TZ programmable (12) ; un dispositif électronique de mesure de contact (9) de la sonotrode avec une pièce à usiner et couplé mécaniquement à ladite sonotrode, ledit dispositif générant une information de contact ; - un automate de commande de gestion de la table (13), alimenté notamment par l'information de contact par ledit dispositif électronique de contact. 2. Machine à usinage ultrasonore selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le dispositif électronique de mesure de contact est positionné pour être en contact avec la table en TZ, lorsque la sonotrode et la table en TZ sont en mesure de descendre à la même vitesse. 3. Machine à usinage ultrasonore selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend un bâti auquel est fixé l'ensemble de transduction. 4. Machine à usinage ultrasonore selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'ensemble de transduction comporte un amplificateur auquel est solidarisée la sonotrode, ledit amplificateur étant fixé au bâti. 5. Machine à usinage ultrasonore selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le bâti comprend une armature et des moyens pour compenser le poids de l'ensemble de transduction. 6. Machine à usinage ultrasonore selon la revendication 5, caractérisée en ce que le bâti comprend un marbre (5) auquel est fixé un système de poulie de contre-poids (7,8). 7. Machine à usinage ultrasonore selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une pièce mécanique (4) disposée selon un axe X perpendiculaire à l'axe Z de descente de la sonotrode et assurant la liaison entre l'ensemble de transduction et le dispositif électronique de mesure de contact (9) de la sonotrode. 8. Machine à usinage ultrasonore selon la revendication 7, caractérisée que la table en TZ comporte également une pièce mécanique (10) disposée selon l'axe X permettant d'assurer le contact avec le dispositif électronique de mesure de contact, lorsque la sonotrode et la table en TZ sont en mesure de descendre à la même vitesse. 9. Machine à usinage ultrasonore selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de réglage en RZ (3) de l'ensemble de transduction. 10. Machine à usinage ultrasonore selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de réglage en RZ (3) de l'ensemble de transduction comprennent en outre une caméra permettant de réaliser la prise de vue d'une empreinte sur une pièce à usiner. 11. Machine à usinage abrasif ultrasonore selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens d'alimentation en flux chargé de particules d'abrasif à l'interface sonotrode/ pièce à usiner. 12. Machine à usinage abrasif ultrasonore selon l'une des revendications précédentes, caractérisée que le dispositif électronique de mesure de contact comporte une pointe en rubis sur une armature en laiton. 13. Procédé de fonctionnement de la machine à usinage ultrasonore selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend : - une première étape de descente de la sonotrode sur la pièce à usiner, le générateur d'ultrasons étant en position Arrêt ; - une mesure de contact du dispositif électronique de mesure de contact générant l'arrêt de la descente de la sonotrode, permettant de définir une position initiale de descente (Z0,) ; - le départ de l'usinage ultrasonore par commande Marche du générateur depuis la position initiale déterminée. 14. Procédé de fonctionnement de la machine à usinage ultrasonore selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes : - la commande de la descente de la table en TZ à une première vitesse ; - la fourniture d'une information relative de la mise en contact du dispositif électronique de mesure de contact avec la sonotrode ; - la modification de la descente de la table en TZ à une seconde vitesse de descente en cas d'information de perte de contact par l'automate de commande de gestion de la table. 15. Procédé de fonctionnement de la machine à usinage ultrasonore selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'usinage étant un usinage abrasif, le départ de l'usinage ultrasonore par commande Marche est effectué depuis une position initiale (Z0,) diminuée d'un écart (g) correspondant à une hauteur de flux d'abrasif en contact avec la pièce à usiner. 16. Procédé de contrôle de l'usure de la machine à usinage ultrasonore selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend séquencées dans le temps : une mesure d'une première position initiale (Z01) de la sonotrode sur une pièce à usiner présentant une première épaisseur ; une mesure d'une seconde position initiale (Z0l+i) de la sonotrode sur une pièce à usiner présentant une seconde épaisseur , - la comparaison desdites première et seconde positions initiales dans les rapports desdites première et seconde épaisseurs. |
Le domaine de l'invention est celui de l'usinage ultrasonore et notamment celui de l'usinage ultrasonore abrasif, appartenant aux technologies de coupe de matériaux à caractéristiques mécaniques élevées et concerne plus particulièrement celui des machines à usinage ultrasonore comprenant un outil employé appelé "sonotrode", généralement positionné suivant un axe vertical, capable de reproduire en pénétrant dans la pièce à usiner, sa propre forme.
De manière générale, l'usinage par ultrasons est un procédé entièrement mécanique susceptible d'être employé pour tous les matériaux, et cela indépendamment de leur conductibilité électrique et thermique. Les ultrasons utilisés sont créés par un générateur permettant à l'outil de forme donnée d'être animé de vibrations élastiques longitudinales de fréquences voisines de 20 000 Hertz. L'outil est ainsi appuyé sur la pièce à façonner de façon telle que l'effort de contact entre pièce et outil soit constant.
Dans la technique d'usinage ultrasonore abrasif, il s'agit d'un procédé de reproduction de forme et de génération par abrasion particulièrement adapté à l'usinage de matériaux durs, fragiles, cassants tels que le verre, les céramiques, le quartz , les pierres précieuses, les semiconducteurs, ... et permettant la réalisation de micro-dispositifs tels que des actionneurs monolithiques par exemple des micro-pinces.
L'usinage est dû aux mouvements de grains d'abrasif entraînés entre pièce et sonotrode par la vibration de celle-ci qui est excitée sur sa fréquence de résonance (pouvant par exemple être de 20 KHz). Les particules très dures sont projetées sur la surface de la pièce et pénètrent celle-ci en provoquant une déformation suivie d'un enlèvement de matière sous forme de micro-copeaux. L'abrasif peut typiquement être en suspension dans de l'eau qui transmet bien les fréquences ultrasonores.
Ainsi, entre les surfaces en contact de la pièce et de l'outil, on peut interposer un abrasif à grains fins, tel que du carbure de bore, du carbure de silicium ou de la poudre de diamant en suspension dans un liquide chimiquement pur. Ces grains d'abrasif attaquent directement la pièce à façonner, dans laquelle l'outil pénètre progressivement pour former une cavité qui reproduit en creux la forme de l'outil.
La vitesse d'usinage augmente lorsqu'on établit une circulation du liquide dans la zone de travail. Cette circulation assure le renouvellement des grains d'abrasif et l'évacuation des micro-copeaux produits. L'usinage est d'autant plus facile que le matériau travaillé est dur, fragile et cassant.
Cette usure et le travail d'enlèvement de la matière dépendent de nombreux paramètres tels que : la vibration, la pression statique, la taille et la nature du grain d'abrasif, la profondeur de pénétration, la nature et la forme de la pièce à réaliser, Ainsi, les paramètres d'usinage sont à déterminer au cas par cas.
A titre d'exemple, la forme et les dimensions d'un perçage cylindrique par exemple dépendent de la manière dont il est possible de maîtriser le gap et l'usure de la sonotrode. Néanmoins, grâce à une bonne connaissance préalable de l'action des abrasifs, il est possible d'obtenir des usinages ayant des dimensions de quelques mm à 3 ou 4 μm près. Si la profondeur est trop importante, il devient nécessaire, pour maintenir une telle précision sur toute la hauteur, de prévoir plusieurs sonotrodes, la dernière, de plus gros diamètre ne travaillant que pour l'enlèvement d'une très faible épaisseur de matière, avec éventuellement un grain de diamètre plus faible pour améliorer l'état de surface (typiquement inférieure à 20μm). Dans ce cas, la surface laisse apparaître des cavités dont la profondeur est inférieure au dixième du diamètre du grain, c'est-à-dire 2 μm.
A titre indicatif, II est possible de réaliser des trous de 300 μm de diamètre sur plusieurs mm de haut dans du cristal de quartz. Les perçages de 100 μm de diamètre sont réalisables sur des hauteurs plus faibles (300 à 500 μm), le problème, dans ce cas, étant la réalisation de l'outil.
De manière générale, une machine à usinage par ultrasons selon l'art connu est constituée d'un générateur électrique, d'un ensemble acoustique composé d'un transducteur, d'un amplificateur et d'une sonotrode comme schématisé en figure 1.
Le générateur (non représenté) délivre un courant alternatif basse fréquence permettant d'alimenter l'ensemble acoustique, décrit ci-après plus en détails. Cet ensemble acoustique comporte un transducteur 1 alimenté par le générateur.
Le fonctionnement du transducteur piézoélectrique repose sur le phénomène piézoélectrique inverse. Sous l'action d'un champ électrique, une contrainte proportionnelle est produite dont le signe dépend du sens du champ. Il s'ensuit une déformation mécanique. Sous l'action d'un champ alternatif, une vibration mécanique est générée.
Un amplificateur mécanique 2 est fixé au transducteur et peut être fixé par l'intermédiaire d'une vis de précontrainte 21 . Il a pour rôle de transmettre et amplifier les ondes longitudinales issues du transducteur.
L'amplificateur est solidarisé à une sonotrode appelée également électrode-outil, elle est de forme cylindrique ou plus complexe. Son rôle est d'amener l'énergie acoustique dans la zone de travail. Elle porte l'extrémité travaillante (outil interchangeable), adaptée à la forme à usiner. La sonotrode peut par exemple être fixée sur l'amplificateur par des goujons de serrage 23. L'amplificateur est par ailleurs fixé à un bâti de manière à maintenir l'ensemble.
De manière classique, l'ensemble amplificateur et sonotrode présentent des dimensions longitudinales définies de manière à pouvoir vibrer en mode longitudinal (traction-compression) à trois nœuds comme représenté sur la figure 1 sur laquelle la courbe 1 a est relative au déplacement des ondes ultrasonores et la courbe 1 b est relative aux contraintes subies par les différents éléments de l'ensemble acoustique.
Les contraintes doivent être minimales au niveau des liaisons entre les pièces du système, c'est-à-dire entre la sonotrode et l'amplificateur et entre l'amplificateur et le transducteur. En effet, avoir un minimum de contraintes en ces endroits, permet d'une part un maintien de l'assemblage optimal du système et d'autre part, la durée de vie de la machine est allongée.
La longueur de la sonotrode est de l'ordre de λ /2, avec λ longueur d'onde d'une vibration longitudinale.
Le déplacement doit être maximal en bout de sonotrode. De ce fait, il y a à cet endroit un ventre de vibration donc un noeud en termes de contrainte. Par contre, il peut avantageusement être nul au niveau de la fixation au bâti afin de ne pas détruire la machine lors de la mise en vibration et au niveau de l'électrode, car les céramiques ne supportent pas de grandes déformations.
La machine à usinage ultrasonore comporte en outre des moyens pour gérer la descente de la sonotrode sur la pièce à usiner. Typiquement ces moyens peuvent avantageusement comprendre une table assurant un mouvement de translation suivant l'axe Z, dénommée ci-après table en TZ. A partir d'une vitesse de consigne de commande, cette table gère la descente de la sonotrode, cette dernière est positionnée pour opérer l'usinage soit en contact direct avec la pièce à usiner, soit en contact avec des particules d'abrasif, elles-mêmes en contact avec les pièces à usiner.
Dans les machines actuelles, il n'est pas procédé à un contrôle permettant de régler la commande de la descente de la sonotrode lorsque cette dernière rencontre une difficulté particulière pouvant entraîner des défauts dans la pièce à usiner voire des dommages au niveau de la sonotrode.
Ainsi si un obstacle survient lors de l'opération d'usinage d'une pièce, la table de descente continue sa course pouvant entraîner des détériorations aussi bien de la pièce à usiner que de la sonotrode elle-même.
Pour pallier cet inconvénient, la présente invention a pour objet un nouveau type de machine à usinage ultrasonore intégrant un dispositif électronique de position capable de détecter un problème lors d'une opération de positionnement de la sonotrode avant l'opération d'usinage ou bien même en cours d'usinage après positionnement initial de la sonotrode et d'intégrer cette information pour moduler la vitesse de descente de ladite sonotrode.
Plus précisément la présente invention a pour objet une machine à usinage ultrasonore comportant un générateur couplé à des moyens de mise en fonctionnement des ondes ultrasonores, un ensemble de transduction équipé d'une sonotrode, des moyens pour gérer la descente de la sonotrode en direction d'une pièce à usiner caractérisée en ce que les moyens pour gérer la descente de la sonotrode comprennent :
- une table en TZ programmable ;
un dispositif électronique de mesure de contact de la sonotrode avec une pièce à usiner et couplé mécaniquement à ladite sonotrode, ledit dispositif générant une information de contact ;
- un automate de commande de gestion de la table, alimenté notamment par l'information de contact délivrée par ledit dispositif électronique de mesure de contact.
Selon une variante de l'invention, le dispositif électronique de mesure de contact est positionné pour être en contact avec la table en TZ, lorsque la sonotrode et la table en TZ sont en mesure de descendre à la même vitesse.
Selon une variante de l'invention, la machine comprend un bâti auquel est fixé l'ensemble de transduction.
Selon une variante de l'invention, l'ensemble de transduction comporte un amplificateur auquel est solidarisée la sonotrode, ledit amplificateur étant fixé au bâti.
Selon une variante de l'invention, le bâti comprend une armature et des moyens pour compenser le poids de l'ensemble de transduction.
Selon une variante de l'invention, le bâti comprend un marbre auquel est fixé un système de poulie de contre-poids.
Selon une variante de l'invention, la machine comporte une pièce mécanique disposée selon un axe X perpendiculaire à l'axe Z de descente de la sonotrode et assurant la liaison entre l'ensemble de transduction et le dispositif électronique de mesure de contact de la sonotrode.
Selon une variante de l'invention, la table en TZ comporte également une pièce mécanique disposée selon l'axe X permettant d'assurer le contact avec le dispositif électronique de mesure de contact, lorsque la sonotrode et la table en TZ sont en mesure de descendre à la même vitesse.
Selon une variante de l'invention, la machine comporte en outre des moyens de réglage en RZ de l'ensemble de transduction.
Selon une variante de l'invention, les moyens de réglage en RZ de l'ensemble de transduction comprennent en outre une caméra permettant de réaliser la prise de vue d'une empreinte sur une pièce à usiner.
Selon une variante de l'invention, la machine comporte en outre des moyens d'alimentation en flux chargé de particules d'abrasif à l'interface sonotrode/ pièce à usiner.
Selon une variante de l'invention, le dispositif électronique de mesure de contact comporte une pointe en rubis sur une armature en laiton. L'invention a aussi pour objet un procédé de fonctionnement de la machine à usinage ultrasonore selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une première étape de descente de la sonotrode sur la pièce à usiner, le générateur d'ultrasons étant en position Arrêt ;
- une mesure de contact du dispositif électronique de mesure de contact générant l'arrêt de la descente de la sonotrode, permettant de définir une position initiale de descente Z 0 , ;
- le départ de l'usinage ultrasonore par commande Marche du générateur depuis la position initiale déterminée Z 0 ,.
Selon une variante de l'invention, l'usinage étant un usinage abrasif, le départ de l'usinage ultrasonore par commande Marche est effectué depuis une position Z 0 , diminuée d'un écart correspondant à une hauteur de flux d'abrasif, en contact avec une pièce à usiner.
L'invention a aussi pour objet un procédé de fonctionnement de la machine à usinage ultrasonore selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes :
- la commande de la descente de la table en TZ à une première vitesse ;
- la fourniture d'une information relative à la mise en contact du dispositif électronique de mesure de contact avec la sonotrode ;
- la modification de la descente de la table en TZ à une seconde vitesse de descente en cas d'information de perte de contact par l'automate de commande de gestion de la table.
L'invention a encore pour objet un procédé de contrôle de l'usure de la machine à usinage ultrasonore selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend séquencées dans le temps :
. une mesure d'une première position initiale Z 0 , de la sonotrode sur une pièce à usiner présentant une première épaisseur ; . une mesure d'une seconde position initiale Z 0l+ i de la sonotrode sur une pièce à usiner présentant une seconde épaisseur ,
- la comparaison desdites première et seconde positions initiales dans les rapports desdites première et seconde épaisseurs. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 illustre un ensemble de transduction utilisé dans une machine à usinage ultrasonore selon l'art connu ;
- la figure 2 illustre un exemple de machine à usinage ultrasonore selon l'invention ;
- la figure 3 illustre une vue agrandie d'un capteur de contact utilisé dans une machine de l'invention ;
- les figures 4a et 4b illustrent les positions initiales Z 0 , de la sonotrode avant démarrage de l'usinage respectivement dans le cas d'un usinage direct et dans le cas d'un usinage abrasif.
De manière générale, la machine à usinage ultrasonore de l'invention comporte une alimentation électrique constituée, d'un générateur basse fréquence, réglable en puissance. Ce générateur alimente une source ultrasonore vibrant à des fréquences de 20, 35, 40 KHz et comprenant un transducteur de type disque en PZT. Ce générateur est susceptible d'être mis en position Arrêt, correspondant à une absence d'ondes ultrasonore au sein de l'outil d'usinage ou en position Marche correspondant à l'émission d'ondes ultrasonores au sein de l'outil d'usinage.
Le transducteur est couplé à un amplificateur encore couramment dénommé « Booster » destiné à amplifier les ondes ultrasonores générées et à les propager au sein de l'outil d'usinage ultrasonore appelé couramment sonotrode.
Typiquement, l'amplificateur et la sonotrode peuvent être solidarisés par des goujons de serrage ou tout autre moyen.
Il est également prévu des moyens de fixation de l'amplificateur à un bâti, en une position optimisée par exemple à l'aide de trois goupilles et à un niveau correspondant à un point zéro de contrainte comme dans les machines de l'art connu et illustrée en figure 1.
La machine selon l'invention comporte en outre des moyens pour gérer la descente de la sonotrode sur la pièce à usiner. Typiquement ces moyens comprennent une table TZ assurant un mouvement de translation suivant l'axe Z. A partir d'une consigne de commande, cette table gère la descente de la sonotrode à une vitesse de consigne. Cette table est couplée selon l'invention à un dispositif électronique de mesure de contact. Ce dispositif est d'une part lié par des moyens dédiés, à la sonotrode et d'autre part en contact avec ladite table lors de la descente de celle-ci. Il comporte un capteur de contact couplé à un automate de commande de la descente de la table en TZ.
En cas de problème rencontré, par exemple lorsque la sonotrode bute sur un élément extérieur, gênant la descente de celle-ci, le dispositif électronique cesse d'être en contact avec la table et des moyens associés audit capteur interviennent sur la course de la table en TZ.
La figure 2 illustre un exemple de machine à usinage ultrasonore comportant un tel capteur et les moyens dédiés pour commander la descente de la sonotrode sur la pièce à usiner Pu située sur un support S 0 .
La sonotrode 1 est fixée à un ensemble amplificateur/ transducteur 2, l'ensemble étant solidarisé à une table rotative 3.
Il peut aussi être prévu des moyens assurant le positionnement et le centrage de la sonotrode par rapport aux pièces à usiner : plus précisément, il est prévu des moyens de débrayage pour positionner la sonotrode en regard de la pièce à usiner, ainsi que des moyens de positionnement en RZ de la sonotrode en cas de raccordement de pièces pour fonction de centrage, il peut notamment s'agir de moyens de réglage manuel de type système de bridage tels que des goujons de serrage.
Ces moyens peuvent avantageusement être associés à une caméra implémentée sur l'axe Z pour visualiser une empreinte, afin de régler le positionnement de la tête de la sonotrode sur l'objet à usiner. La lecture d'une prise de vue, suite à une empreinte réalisée à la surface de la pièce à usiner peut conduire à réorienter la sonotrode de manière à réaliser la forme effectivement désirée après réorientation par les moyens en RZ. L'ensemble transducteur/sonotrode est fixé par ailleurs à une pièce intermédiaire 4 située selon l'axe X perpendiculaire à l'axe Z, reliée à une pièce mécanique 6, elle-même située selon l'axe Z et assurant une fonction mécanique de liaison avec un marbre 5, relié à un système de contre-poids 8 via une poulie 7 qui permet de compenser le poids de l'ensemble au niveau de la sonotrode d'usinage, constituant par la même un système de levier et de contre-poids couplé à la table en TZ.
A titre d'exemple si le poids de l'ensemble intégrant la sonotrode est de 15 kilogrammes, la masse de contre-poids peut-être de l'ordre de 14 kilogrammes. La table en TZ a alors un poids à supporter d'1 kilogramme.
La pièce mécanique de liaison 4 est par ailleurs solidaire du capteur de contrôle et de position 9, cœur de la présente invention. Le capteur peut notamment être fixé à ladite pièce par un écrou supérieur et un écrou inférieur 91 comme représenté en figure 3 qui montre une vue agrandie du capteur de contact utilisé dans la machine de l'invention. Ce capteur comporte ainsi une pointe sensible 90, présentant une course typiquement inférieure au millimètre, pouvant être de l'ordre de 0,6 mm.
Ce capteur est en contact avec une pièce de type barre 10 couplée à la table en TZ, 12 via une pièce mécanique 1 1. Dès que le contact n'est plus assuré, l'ensemble du dispositif intègre une information i 0 de perte de contact significative d'un problème et adresse via l'automate de commande 13, une information J 1 de modification de la commande de la course de la table en TZ donc de la descente de la sonotrode, typiquement il pourra s'agir d'une consigne de réduction de vitesse.
Nous allons décrire ci-après le fonctionnement de la machine de l'invention.
En phase initiale de fonctionnement de la machine, le capteur peut jouer une fonction de palpeur. En effet il devient possible de facilement régler la position initiale sur l'axe Z, soit la position Z 0 , de la sonotrode avant démarrage du générateur en mode Marche pour générer des ultrasons.
Pour ce faire, on programme via l'automate, la descente de la sonotrode, la table en TZ étant en contact avec le dispositif de contrôle de position, dès que la sonotrode touche la pièce à usiner, le contact ente le capteur 9 et la pièce 10 est perdue, l'information i 0 est transmise à l'automate qui arrête la course de la table en TZ, la position Z 0 , est relevée.
A partir de cette information de position initiale, on est en mesure de régler la vitesse de descente de la sonotrode 2 qui est alors alimentée en mode Marche de générations d'ultrasons jusqu'à atteindre la profondeur d indiquée en figure 2 et correspondant à la profondeur de gravure des motifs que l'on cherche à réaliser dans une pièce à usiner Pu reposant sur un support S 0 , comme illustré en figure 4a.
Dans le cas d'usinage abrasif ultrasonore, la position initiale de départ de gravure est rehaussée de la hauteur d'un gap g de flux d'abrasif F ab comme illustré en figure 4b, la position initiale avant départ d'usinage ultrasonore étant ainsi Z o ,-g. Typiquement, le flux d'abrasif utilisé peut être un fluide porteur de type eau ou solvant et des particules d'abrasif dont la nature
(carbure de bore, diamant, carbure de silicium,...) et la granulométrie des grains d'abrasif sont adaptés, typiquement le gap g peut être de l'ordre d'une cinquantaine de microns.
Lorsque la position initiale de la sonotrode est arrêtée, l'opération d'usinage ultrasonore est initiée.
Pour ce faire, l'automate envoie une consigne de vitesse de descente de la table TZ, qui permet par couplage de régler la vitesse de descente de la sonotrode. Typiquement la vitesse de consigne peut être de l'ordre de 10 microns/s. Lorsque la descente se déroule sans problème, la table et la sonotrode descendent à la même vitesse, le capteur 9 reste en contact avec la barre 10. Plus précisément si ce capteur est un capteur à pointe sensible 90, la pointe reste en contact avec la barre 10. Il peut par exemple s'agir d'un capteur en laiton avec une pointe en rubis de grande sensibilité.
Si un incident de gravure intervient, présence de particules indésirables ou autres : il peut notamment s'agir d'une vitesse de gravure mal adaptée compte tenu de la dureté d'un matériau donnée, la sonotrode voit sa course gênée, voire arrêtée alors que la table programmée continue sa descente. La perte de contact au niveau de la pointe en rubis, envoie un signal de consigne à l'automate pour réduire la vitesse de 10 micron/s .
La nouvelle consigne générée peut typiquement être de descendre à 8 microns/s, si le contact est rétabli, cette vitesse de consigne peut être maintenue, si le contact est toujours perdu on peut à nouveau programmer une autre vitesse voire l'arrêt complet de la descente.
Ainsi selon l'invention, il est possible d'adapter en temps réel une vitesse de gravure en fonction du déroulement du process. Il est également possible de détecter au plus tôt une difficulté de gravure qui non décelée à temps pourrait conduire à la dégradation voire à la cassure de la pièce en cours d'usinage tout autant qu'à la dégradation de la sonotrode.
Ceci représente un avantage considérable alors qu'à ce jour les vitesses de gravure sont données à partir de travaux empiriques et d'abaque introduisant des marges de sécurité importantes parfois au détriment de rendements de gravure plus importants qui pourraient être optimisés.
Typiquement et selon l'invention, si pour un matériau donné, il est recommandé empiriquement d'usiner à une vitesse de 10microns/s, il devient possible selon l'invention de pousser cette vitesse d'usinage et de la réduire au plus vite sans encombre en cas de difficulté émergente.
Dans l'exemple de machine précédemment décrit, il est proposé un capteur de type boitier en laiton nickelé avec pointe de contact Rubis. Les donnés ci-après sont relatives à un exemple de capteur de ce type.
Données générales
Force de pression : 75 cN
Course mécanique avant contact / Course mécanique après contact : +/6 - / env. 0,6 mm
Données électriques
Plage de tension +Vs : 5, 36 VDC
Courant de charge max. pour 24 VDC : 50 mA
Résistance de charge min. : 480 Ohm
Données mécaniques :
Pointe de contact Rubis
Matériau du boîtier Laiton nickelé
Dimensions 8 mm
Conditions ambiantes
Température de fonctionnement : -20 à +75 °C. Néanmoins différents type de capteurs de contact électroniques à sensibilité élevée peuvent tout aussi bien être utilisés.
La machine selon l'invention permet également de procéder à un contrôle de l'usure de la sonotrode permettant par la même d'en optimiser le renouvellement. En effet, avant une nouvelle opération d'usinage ultrasonore, il est possible de mesurer l'usure de la sonotrode en procédant à une mesure de la position initiale du Z 0 , en comparant cette mesure à d'autres mesures initiales antérieures. Typiquement une différence entre une position Z 0 , et une position Z 0l+ i de 0,5 mm signifie que la sonotrode a été usée de 0,5 mm, au rapport près des épaisseurs des pièces à usiner.
Next Patent: POLYOLEFINIC COMPOSITIONS