Titre : Technique de perçage à moteurs à régulations adaptatives

1. Domaine de l'invention

Le domaine de l'invention est celui des procédés et dispositifs de perçage mise en œuvre pour réaliser le perçage d'éléments à percés, notamment constitués d'un empilement de couches de matières différentes.

2. Art antérieur

Des perçages sont couramment réalisés au moyen de dispositifs de perçage, notamment dans le domaine de l'aéronautique, pour réaliser des trous au travers d'éléments à percer qui peuvent parfois être constitués par l'empilement de plusieurs couches de matières différentes.

Au cours de la réalisation du perçage d'un élément, il peut être nécessaire, pour optimiser le perçage, de faire varier les conditions de coupe. Ceci peut par exemple être le cas : lorsque l'élément à percer est constitué par un empilement de couches de matières différentes qui supposent chacune d'être percées avec des conditions de coupe adaptées notamment de sorte à assurer la qualité du perçage, éviter la détérioration de l'outil de coupe... lors du perçage d'un trou à faible conicité, destiné à recevoir une vis de type « taperlock » en langue anglaise, au moyen d'un outil coupant conique dans la mesure où la quantité de matière enlevée, et par la même les efforts de coupe, croissent avec la profondeur du perçage ; lors d'un perçage - fraisurage où l'outil coupant comporte une première partie cylindrique suivie d'une partie conique, le perçage commence par la réalisation du perçage cylindrique jusqu'à ce que l'outil coupant débouche de la paroi, puis l'avance de l'outil coupant se poursuivant, la partie conique de l'outil coupant vient réaliser une fraisure sur l'entrée du trou ; lors d'un perçage sous lubrification, l'injection de lubrifiant peut être involontairement variable faute d'une parfaite maîtrise et/ou pour des raisons inconnues si bien que son effet est également variable ce qui engendre une variation des efforts de coupe et donc une nécessité d'adapter idéalement en conséquence les conditions de coupe pour garantir la qualité du perçage et préserver l'état de l'outil de coupe et de la perceuse ; les efforts de coupe varient selon le niveau de frottements des listels de l'outil coupant ce qui engendre une variation des efforts de coupe et donc une nécessité d'adapter idéalement en conséquence les conditions de coupe pour garantir la qualité du perçage.

La survenue de divers événements au cours de la réalisation d'une opération de perçage d'un élément à percer constitué ou non d'un empilement de plusieurs couches de matières différentes, peut ainsi induire la nécessité de modifier en cours de perçage les conditions de coupe pour optimiser le perçage en terme de qualité et/ou de préservation du matériel mis en œuvre à cet effet.

Les paramètres de coupe sont généralement : la vitesse tangentielle des becs de l'outil coupant et la fréquence de rotation de l'outil coupant en tr/mn ; la vitesse d'avance de l'outil coupant en mm/mn ; l'avance par tour en mm/tour qui traduit un lien de proportionnalité entre la fréquence de rotation et la vitesse d'avance de l'outil coupant.

Dans ce dessein notamment, les perceuses dites à paramètres de coupe contrôlées ont été développées.

Une perceuse de ce type peut par exemple comprendre un moteur d'avance et un moteur de coupe, en général synchrones à aimants permanents, qui sont reliés, au moyen d'une transmission, à une broche mobile en rotation et en translation suivant un même axe et susceptible d'entrainer en mouvement un outil de coupe.

Cette transmission peut, dans certains cas, être configurée de manière telle que : la fréquence de rotation de l'outil de coupe est proportionnelle à la fréquence de rotation du moteur de coupe ; la vitesse d'avance de l'outil de coupe est proportionnelle à la fréquence de rotation du moteur d'avance.

Le document de brevet FR-B1-3000693 décrit une perceuse de ce type.

Au cours d'une opération de perçage, un outil coupant subi différents efforts de coupe, à savoir : le couple de coupe ; la poussée axiale ; les frottements sur les listels contribuant au couple et à la poussée, importants pour les outils coupants coniques et moindre pour les outils coupants standards. Une perceuse à paramètres de coupe contrôlés peut également comprendre des moyens pour évaluer tout ou partie de ces efforts, notamment des moyens de mesure d'une valeur de charge représentative du couple et/ou de la poussée appliquée sur l'outil coupant. De tels moyens de mesure peuvent notamment être tels que ceux décrits par exemple dans le document de brevet FR-B1-3 058 342.

La valeur de charge sur le foret mesurée peut notamment être : la mesure d'un capteur de couple placé sur la transmission entre le moteur de coupe de l'outil coupant et l'outil coupant traduisant le couple appliqué sur l'outil coupant ; la mesure d'un capteur d'effort placé sur la broche traduisant la poussée axiale sur l'outil coupant ; la mesure de la puissance ou d'intensité consommée par le moteur de coupe de l'outil coupant, traduisant le couple appliqué sur l'outil coupant (en prenant en compte le ratio de transmission dans le cas de perceuse bi-vitesse) ; la mesure de la puissance ou d'intensité consommée par le moteur d'avance de l'outil coupant, traduisant la poussée appliquée sur l'outil coupant.

Une perceuse à paramètres de coupe contrôlés peut également comprendre des moyens de contrôle et d'alimentation des moteurs.

Ces moyens d'alimentation permettent une régulation des moteurs en vitesse avec des consignes de vitesse prédéterminées.

Les moyens de contrôle sont aptes à piloter le perçage de manière telle que les paramètres de coupe utilisés soient adaptés aux matières rencontrées au cours d'un perçage. Lors du perçage d'un élément comprenant l'empilement de couches de matières différentes, il se peut que la nature des couches et leur ordre d'empilement soient connus. Dans ce cas, le suivi de la charge sur le foret permet de détecter les changements de matières et d'adapter en conséquence les conditions de coupe. Lorsque les matières à percer sont connues mais pas leur ordre d'empilement, il convient d'utiliser un algorithme apte à détecter les changements de matière et à identifier la nature de la nouvelle matière rencontrée. Le document de brevet FR-B1-3058342 propose une méthode le permettant.

Au cours de la réalisation d'une opération de perçage de la ou de chaque matière d'un élément à percer, il est souhaitable que les efforts de coupe restent stables et modérés pour éviter un échauffement excessif de l'outil de coupe, de l'élément à percer et de la perceuse et ainsi préserver leur durée de vie et la qualité des trous. Le document de brevet FR-B1-3 058 342 décrit une méthode de contrôle pour adapter de façon automatique les paramètres de coupe aux différentes matières rencontrées au cours du perçage d'un élément constitué de l'empilement de plusieurs couches de matières différents.

Cette technique est intéressante en ce qu'elle permet de maîtriser les efforts de coupe résultant du perçage successif de matières différentes.

Toutefois, cette technique est complexe à mettre en œuvre et n'est pas adaptée à la gestion d'une variation continue des efforts de coupe découlant non pas d'un changement de matière mais de l'usage d'un foret conique ou d'une dégradation des conditions de coupe en cours de perçage due par exemple à une lubrification variable, un bourrage de copeaux...

En ce sens, les techniques de perçage de matériaux multicouches ou non peuvent encore être améliorées.

3. Objectifs de l'invention

L'invention a notamment pour objectif d'apporter une solution efficace à au moins certains de ces différents problèmes.

En particulier, selon au moins un mode de réalisation, un objectif de l'invention est de fournir une technique de perçage qui permet d'optimiser un perçage.

Notamment, l'invention a pour objectif, selon au moins un mode de réalisation, de fournir une telle technique qui contribue à optimiser un perçage en s'adaptant aux divers problèmes susceptibles d'être rencontrés au cours de la réalisation de celui-ci.

Un autre objectif de l'invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir une telle technique qui permet de réagir de manière réactive à la survenue d'un événement au cours d'une opération de perçage pour optimiser sa réalisation.

Un autre objectif de l'invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir une telle technique qui soit simple.

4. Présentation de l'invention

Pour ceci, l'invention propose un procédé de perçage d'un élément à percer au moyen d'un outil coupant susceptible d'être entraîné en rotation et en translation suivant un même axe par un dispositif de perçage, ledit dispositif comprenant : un moteur de coupe apte à induire un mouvement de rotation dudit outil coupant suivant ledit axe ; un moteur d'avance apte à induire un mouvement de translation dudit outil coupant suivant ledit axe ; ledit procédé comprenant au moins : une étape de mesure d'un couple appliqué audit outil coupant suivant ledit axe ; une étape de mesure d'une poussée appliquée audit outil coupant suivant ledit axe ; une étape de comparaison dudit couple à un seuil prédéterminé de couple C ; une étape de comparaison de ladite poussée à un seuil prédéterminé de poussée P ; une étape d'adaptation de la régulation desdits moteurs, ladite étape d'adaptation induisant que : lesdits moteurs de rotation et d'avance sont régulés en vitesse tant que ledit couple et ladite poussée sont inférieurs respectivement audit seuil de couple C et audit seuil de poussée P ; lorsque ledit couple ou ladite poussée atteint ou dépasse ledit seuil de couple C ou de poussée P, le moteur générant le couple ou la poussée dont le seuil est dépassé est régulé en courant, l'autre moteur restant régulé en vitesse de manière telle que l'avance par tour dudit outil coupant soit égale à une valeur prédéterminée ATR.

Ainsi, l'invention consiste à mesurer au cours d'une opération de perçage le couple et la poussée appliquée à l'outil de coupe et à réguler en vitesse les moteurs de rotation et d'avance tant que le couple et la poussée restent en dessous de seuils prédéterminés. Puis, lorsque le couple ou la poussée dépasse un seuil prédéterminé, le moteur générant la grandeur dont le seuil limite a été dépassé, i.e. le moteur de coupe pour le couple et le moteur d'avance pour la poussée, est régulé en couple alors que l'autre moteur demeure régulé en vitesse de manière telle que l'avance par tour du foret ait une valeur prédéterminée.

Cette approche permet, en temps réel, d'adapter les conditions de coupe lors de la survenue d'événements en cours de perçage induisant une augmentation du couple ou de la poussé au-delà de valeurs acceptables. Ainsi, l'invention permet d'optimiser la réalisation d'un perçage et d'en augmenter la qualité tout en préservant le matériel (outil coupant et perceuse) mis en œuvre à cet effet.

La technique selon l'invention peut indifféremment être mise en œuvre dans le cadre du perçage d'un élément mono matériau ou d'un élément comprenant un empilement d'une pluralité de couches de matières différentes. Selon une caractéristique possible, ladite étape d'adaptation de la régulation, lorsque l'un des moteurs est régulé en courant, comprend une étape de détermination d'une consigne de fréquence de rotation dudit moteur régulé en vitesse en fonction de la fréquence de rotation dudit moteur régulé en courant.

Selon une caractéristique possible, lesdits moteurs de rotation et d'avance sont initialement régulés en vitesse selon des fréquences de rotation initiales. Ceci en particulier lors de la phase d'approche du foret de la pièce à percer.

Selon une caractéristique possible, lorsque ledit couple atteint ledit seuil de couple (C), ladite étape d'adaptation de ladite régulation comprend les premières sous- étapes suivantes : régulation en courant dudit moteur de coupe de telle sorte que ledit couple ne dépasse pas ledit seuil de couple (C) ; mesure d'une nouvelle fréquence de rotation (N") dudit moteur de coupe ; détermination d'une nouvelle fréquence rotation (V") dudit moteur d'avance telle que l'avance par tour dudit outil coupant soit égale à ladite valeur prédéterminée (ATR) ; régulation dudit moteur d'avance de façon qu'il soit entraîné à ladite nouvelle fréquence de rotation (V").

Selon une caractéristique possible, lorsque ladite poussée atteint ledit seuil de poussée (P), ladite étape d'adaptation de ladite régulation comprend les deuxièmes sous-étapes suivantes : régulation dudit moteur d'avance de telle sorte à ce que ladite poussée ne dépasse pas ledit seuil prédéterminé de poussée (P) ; mesure d'une nouvelle fréquence de rotation (V") dudit moteur d'avance ; détermination d'une nouvelle fréquence (N") de rotation dudit moteur de coupe telle que l'avance par tour dudit outil coupant soit égale à ladite valeur prédéterminée (ATR) ; régulation dudit moteur de coupe de façon qu'il soit entraîné à ladite nouvelle fréquence de rotation (N").

Selon une caractéristique possible, ladite avance par tour prédéterminée (ATR) dudit outil coupant est : constante, ou déterminée en fonction de la fréquence de rotation dudit outil de coupe et/ou de la profondeur d'engagement dudit foret.

Selon une caractéristique possible, ledit procédé comprend des étapes consistant à : mesurer et enregistrer en temps réel des nouvelles fréquences de rotation dudit moteur de coupe et/ou d'avance en fonction du temps, ou mesurer et enregistrer en temps réel un courant consommé par ledit moteur de coupe et/ou d'avance en fonction du temps ; comparer les enregistrements ainsi obtenus à des courbes prédéterminées de variation en fonction du temps de la fréquence de rotation dudit moteur de coupe et/ou d'avance ou d'un courant consommé par ledit moteur de coupe et/ou d'avance, lesdites courbes prédéfinies correspondant à des événements et natures d'événements prédéterminés ; déduire de cette comparaison la survenue d'un évènement et sa nature.

Selon une caractéristique possible, ladite nature appartient au groupe comprenant : une entrée dudit outil coupant dans ledit élément à percer une sortie dudit outil coupant dudit élément à percer, le passage dudit outil coupant dans une nouvelle matière, ledit élément à percer comprenant l'empilement d'au moins deux matières différentes ; un bourrage de copeaux dans un trou en cours de perçage.

Selon une caractéristique possible, lesdits moteurs sont régulés en vitesse ou en courant par la mise en œuvre d'une régulation vectorielle.

L'invention concerne également un dispositif de perçage d'un élément à percer, ledit dispositif comprenant : un arbre de sortie susceptible d'être entraîné en rotation et en translation suivant un même axe ; des moyens de solidarisation d'un outil coupant audit arbre de sortie ; un moteur de coupe apte à induire un mouvement de rotation dudit arbre de sortie suivant ledit axe ; un moteur d'avance apte à induire un mouvement de translation dudit arbre de sortie suivant ledit axe ; ledit procédé comprenant au moins : des moyens de mesure d'un couple appliqué audit arbre de sortie suivant ledit axe ; des moyens de mesure d'une poussée appliquée audit arbre de sortie suivant ledit axe ; des moyens de comparaison dudit couple à un seuil prédéterminé de couple (C) des moyens de comparaison de ladite poussée à un seuil prédéterminé de poussée (P) ; des moyens d'adaptation de la régulation desdits moteurs, lesdits moyens d'adaptation étant configurés pour induire que : lesdits moteurs de rotation et d'avance sont régulés en vitesse tant que ledit couple et ladite poussée sont inférieurs respectivement audit seuil de couple (C) et audit seuil de poussée (P) ; lorsque ledit couple ou ladite poussée atteint ou dépasse ledit seuil de couple (C) ou de poussée (P), le moteur générant le couple ou la poussée dont le seuil est dépassé est régulé en courant, l'autre moteur restant régulé en vitesse de manière telle que l'avance par tour dudit outil coupant soit égale à une valeur prédéterminée (ATR).

Selon une caractéristique possible, lesdits moyens d'adaptation de la régulation, lorsque l'un des moteurs est régulé en courant, sont configurés pour déterminer une consigne de fréquence de rotation dudit moteur régulé en vitesse en fonction de la fréquence de rotation dudit moteur régulé en courant.

Selon une caractéristique possible, lesdits moteurs de rotation et d'avance sont initialement régulés en vitesse selon des fréquences de rotation initiales.

Selon une caractéristique possible, lorsque ledit couple atteint ledit seuil de couple (C), lesdits moyens d'adaptation de ladite régulation sont configurés pour : réguler en courant ledit moteur de coupe de telle sorte que ledit couple ne dépasse pas ledit seuil de couple (C) ; mesurer une nouvelle fréquence de rotation (N") dudit moteur de coupe ; déterminer une nouvelle fréquence rotation (V") dudit moteur d'avance telle que l'avance par tour dudit outil coupant soit égale à ladite valeur prédéterminée (ATR) ; réguler dudit moteur d'avance de façon qu'il soit entraîné à ladite nouvelle fréquence de rotation (V"). Selon une caractéristique possible, lorsque ladite poussée atteint ledit seuil de poussée (P), lesdits moyens d'adaptation de ladite régulation sont configurés pour : réguler ledit moteur d'avance de telle sorte à ce que ladite poussée ne dépasse pas ledit seuil prédéterminé de poussée (P) ; mesurer une nouvelle fréquence de rotation (V") dudit moteur d'avance ; déterminer une nouvelle fréquence (N") de rotation dudit moteur de coupe telle que l'avance par tour dudit outil coupant soit égale à ladite valeur prédéterminée (ATR) ; réguler ledit moteur de coupe de façon qu'il soit entraîné à ladite nouvelle fréquence de rotation (N").

Selon une caractéristique possible, ladite avance par tour prédéterminée (ATR) dudit outil coupant est : constante, ou déterminée en fonction de la fréquence de rotation dudit outil de coupe et/ou de la profondeur d'engagement dudit foret.

Selon une caractéristique possible ledit dispositif est configuré pour : mesurer et enregistrer en temps réel des nouvelles fréquences de rotation dudit moteur de coupe et/ou d'avance en fonction du temps, ou mesurer et enregistrer en temps réel un courant consommé par ledit moteur de coupe et/ou d'avance en fonction du temps ; comparer les enregistrements ainsi obtenus à des courbes prédéterminées de variation en fonction du temps de la fréquence de rotation dudit moteur de coupe et/ou d'avance ou d'un courant consommé par ledit moteur de coupe et/ou d'avance, lesdites courbes prédéfinies correspondant à des événements et natures d'événements prédéterminés ; déduire de cette comparaison la survenue d'un évènement et sa nature.

Dans ce cas, ladite nature appartient préférentiellement au groupe comprenant : une entrée dudit outil coupant dans ledit élément à percer ; une sortie dudit outil coupant dudit élément à percer ; le passage dudit outil coupant dans une nouvelle matière, ledit élément à percer comprenant l'empilement d'au moins deux matières différentes ; un bourrage de copeaux dans un trou en cours de perçage. Selon une caractéristique possible, un dispositif selon l'invention comprend des moyens de régulation en vitesse ou en courant desdits moteurs, lesdits moyens de régulation mettant en œuvre une régulation vectorielle.

L'invention concerne également un programme d'ordinateur comportant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé de perçage selon l'une quelconque des variantes exposées ci-avant, lorsque ledit programme est exécuté par un processeur.

L'invention concerne également un support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comportant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé de perçage selon l'une quelconque des variantes exposées ci-avant, lorsque ledit programme est exécuté par un processeur.

5. Description des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers, donnée à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :

[Fig 1] la figure 1 illustre un exemple de dispositif de perçage selon l'invention ;

[Fig 2] la figure 2 illustre un exemple de contrôleur du dispositif de perçage de la figure 1 ;

[Fig 3] la figure 3 illustre un exemple de commande vectorielle d'un moteur synchrones à aimants permanents ;

[Fig 4] la figure 4 illustre un logigramme d'un exemple de procédé de perçage selon l'invention ;

[Fig 5] la figure 5 illustre un exemple de courbes de variation de la vitesse du moteur de coupe et de variation du couple pendant le perçage de l'empilement d'une couche de matière tendre et d'une couche de matière dure ;

[Fig 6] la figure 6 illustre un exemple de courbes de variation de la vitesse du moteur de coupe et de variation du couple pendant le perçage de l'empilement d'une couche de matière dure et d'une couche de matière tendre ;

[Fig 7] la figure 7 illustre un exemple de courbes de variation de la vitesse du moteur de coupe et de variation du couple pendant le perçage d'un élément monocouche avec un foret conique ;

[Fig 8] la figure 8 illustre un exemple de courbes de variation de la vitesse du moteur de coupe et de variation du couple pendant le perçage-fraisurage d'un élément monocouche avec un foret adapté à un perçage de ce type.

6. Description de modes de réalisation particuliers

6.1. Dispositif

On présente, en relation avec les figures 1 à 3, un exemple de dispositif de perçage pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention.

Ainsi que cela est représenté sur la figure 1, un tel dispositif de perçage comprend : une perceuse 10 à paramètres de coupe contrôlés, et un contrôleur 19 configuré pour permettre la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention.

Un tel dispositif de perçage est connu en soit de l'homme du métier et n'est pas décrit en détail ici hormis les éléments plus spécifiques à l'invention.

Une telle perceuse 10 comprend un carter 11.

Le carter 11 comprend une première portion de carter 110 et une deuxième portion de carter 111 qui s'étendent sensiblement perpendiculairement l'une à l'autre. Dans une variante, le carter pourrait s'étendre le long d'un unique axe et ainsi ne pas présenter une forme essentiellement en T.

La perceuse comprend un arbre de sortie 12, ou broche, mobile en rotation et en translation selon un même axe. Cet arbre de sortie 12 est relié au moyen d'une ou plusieurs chaînes de transmission à des moyens moteurs.

Dans ce mode de réalisation, les moyens moteurs comprennent : un moteur de coupe 14 lié à l'arbre de sortie 12 par une chaîne de transmission 15 permettant d'entrainer en rotation l'arbre de sortie 12, et donc l'outil coupant 13 qui y est solidarisé, et un moteur d'avance 16, lié à l'arbre de sortie 12 par une chaîne de transmission 17 permettant d'entrainer en translation l'arbre de sortie 12, et donc l'outil coupant qui y est solidarisé.

Ces moteurs sont préférentiellement des moteurs électriques synchrones à aimants permanents. D'autres types de moteurs adaptés pourraient toutefois être mis en œuvre.

L'entrainement en rotation et l'entrainement en avance de la broche 12 se font selon un même axe de manière telle que la fréquence de rotation de la broche (et de l'outil coupant qui en est solidaire) soit proportionnelle à la fréquence de rotation du moteur de coupe et que la vitesse d'avance de la broche (et de l'outil coupant qui en est solidaire) soit proportionnelle à la fréquence de rotation du moteur d'avance. Un tel principe est notamment décrit dans le document FR3000693.

La perceuse comprend des moyens de solidarisation 20 d'un outil coupant 13, par exemple un foret, placés à l'extrémité de la broche 12. Ces moyens de solidarisation peuvent par exemple comprendre une pince de foret. Bien évidemment, ces moyens de solidarisation peuvent permettre de solidariser à la perceuse une pluralité de forets différents.

La perceuse comprend des moyens de mesure d'au moins une information représentative du couple appliqué à l'outil coupant suivant son axe de rotation et des moyens de mesure d'au moins une information représentative de la poussée appliquée à l'outil coupant suivant son axe de translation.

Les moyens de mesure d'au moins une information représentative du couple comprennent l'un ou la combinaison de plusieurs des moyens suivants : un capteur de couple 22 appliqué au foret selon son axe de rotation ; un capteur de courant ou de puissance électrique 1910 consommée le moteur de coupe.

Les moyens de mesure d'au moins une information représentative de la poussée comprennent l'un ou la combinaison de plusieurs des moyens suivants : un capteur de poussée 23 axiale apte à mesurer l'effort appliqué au foret le long de son axe de rotation ; un capteur de courant ou de puissance électrique 1910 consommée le moteur d'avance.

Le contrôleur peut être intégré au carter de la perceuse ou bien être relié à celle- ci par un câble qui comprend classiquement des fils d'alimentation de puissance 210 des moteurs et éventuellement des fils de communication 211. Il pourra éventuellement également comprendre des tubes de passage de fluide(s) comme du lubrifiant.

Selon l'exemple de réalisation illustré à la figure 2, le contrôleur 19 comprend une mémoire vive 180 (par exemple une mémoire RAM), une unité de traitement 181 équipée par exemple d'un processeur, et pilotée par un programme d'ordinateur, comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution d'un procédé de perçage selon l'invention, ce programme étant stocké dans une mémoire morte 182 (par exemple une mémoire ROM). Le contrôleur comprend également un module d'émission/réception 183 filaire ou sans fil lui permettant de communiquer avec la perceuse et éventuellement avec d'autres équipements tel qu'un réseau informatique, ce module d'émission/réception incluant : un récepteur pour recevoir des signaux délivrés par les différents moyens de mesure (capteur) intégrés à la perceuse ; un émetteur pour émettre des commandes vers la perceuse.

La perceuse comprend également un module d'émission/réception (non représenté) pour communiquer avec le contrôleur.

Le contrôleur comprend également une interface d'entrée-sortie 193, une interface utilisateur pour gérer un moyen d'introduction de commande 194 (clavier, écran tactile, souris, ...), un moyen d'affichage 195 (écran, afficheur, voyant lumineux) et éventuellement, un moyen d'émission d'un signal sonore sur une fréquence audible 196.

L'interface entrée-sortie peut permettre la programmation de stratégies de perçage. La perceuse peut par elle-même intégrer une interface homme machine 24 permettant le démarrage du perçage et la visualisation d'informations relatives au déroulement du perçage.

Ce contrôleur 19 comprend deux alimentations de puissance 191, 192 permettant d'alimenter le moteur d'entrainement en rotation 14 et le moteur d'avance 16. Ces alimentations peuvent par exemple être des onduleurs pilotés grâce à une structure de pilotage vectoriel convenant à l'alimentation de moteurs synchrones à aimants permanents. Ces moteurs sont munis d'un capteur d'angle 141, 161 dont le signal, représentatif de l'angle du rotor par rapport au stator, est utilisé par les onduleurs pour alimenter correctement les moteurs synchrones.

Le contrôleur 19 comprend un connecteur de raccordement 196 à une source d'alimentation en courant électrique. Le contrôleur est dissocié de la perceuse.

A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur sont par exemple chargées dans la mémoire vive 180 avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 181. La mémoire vive 180 contient notamment les formules adéquates de calcul des différentes grandeurs déterminées au cours de la mise en œuvre di procédé. Le processeur de l'unité de traitement 181 réalise les différents calculs nécessaires. Il peut ensuite par exemple afficher le résultat, l'enregistrer, le transmettre à un réseau, le comparer à une ou plusieurs valeurs de seuil prédéterminées et piloter le cas échéant le dispositif de vissage en conséquence, émettre une alarme visuelle et/ou sonore en cas de nécessite... La figure 2 illustre seulement une manière particulière, parmi plusieurs possibles, de réaliser un contrôleur, afin qu'il effectue les étapes du procédé de perçage selon l'invention (dans l'un quelconque des différents modes de réalisation, ou dans une combinaison de ces modes de réalisation). En effet, ces étapes peuvent être réalisées indifféremment sur une machine de calcul reprogrammable (un ordinateur PC, un processeur DSP ou un microcontrôleur) exécutant un programme comprenant une séquence d'instructions, ou sur une machine de calcul dédiée (par exemple un ensemble de portes logiques comme un FPGA ou un ASIC, ou tout autre module matériel).

Dans le cas où le contrôleur est réalisé avec une machine de calcul reprogrammable, le programme correspondant (c'est-à-dire la séquence d'instructions) pourra être stocké dans un médium de stockage amovible (tel que par exemple une disquette, un CD-ROM ou un DVD-ROM) ou non, ce médium de stockage étant lisible partiellement ou totalement par un ordinateur ou un processeur. Il est également possible que le logiciel soit déjà chargé dans le contrôleur et le déblocage de certaines options soit réalisé grâce à un code obtenu en ligne ou que le logiciel soit obtenu en ligne.

Le contrôleur 19 intègre des moyens de commande vectoriel des moteurs. La figure 3 illustre un schéma d'un exemple de commande vectorielle. Deux commandes de ce type sont donc mises en œuvre, l'une pour piloter le moteur de coupe, l'autre pour piloter le moteur d'avance.

Le principe général d'une commande vectorielle est de piloter le moteur en vitesse sur la base : d'une commande de vitesse de consigne nref, et d'une commande de courant de consigne isdref définissant le flux dans le moteur et généralement mise à zéro.

Ces commandes intègrent l'une et l'autre un régulateur .

La commande en vitesse nref est suivie d'une commande en courant de consigne isqref qui reste inactive tant que la composante de courant isq reste en dessous de la consigne isqref.

Le couple électromagnétique du moteur est égal au produit de la composante isq par la constante de couple Kt du moteur.

Cette régulation en cascade permet donc une régulation du moteur en vitesse à un niveau nref tant que le couple résistant opposé au moteur reste en dessous de la valeur Isqref.Kt, puis si le couple résistant atteint Isqref.Kt, la régulation se fait en courant avec comme consigne isqref. De ce fait, le moteur devient régulé de façon à produire un couple constant et sa vitesse s'établit à un niveau moindre que nref.

Selon l'invention, les moteurs sont par défaut régulés en vitesse. Toutefois : lorsque le couple atteint un seuil prédéterminé, le moteur de coupe est piloté en courant et le moteur d'avance est piloté en vitesse, et lorsque la poussée atteint un seuil prédéterminé, le moteur d'avance est piloté en courant et le moteur de coupe est piloté en vitesse.

Ce principe sera détaillé plus loin en relation avec la description d'un procédé selon l'invention.

6.2. Définitions et abréviations

Par soucis de clarté, on présente ci-après certaines grandeurs physiques impliquées dans la mise en œuvre d'une technique selon l'invention.

Le tableau suivant liste, pour le moteur de coupe (ou de coupe) et pour le moteur d'avance, le nom des consignes qui lui sont appliquées en temps réel selon qu'il est régulé en vitesse ou en courant (couple), ainsi que les valeurs maximales de ces consignes.

Lorsque l'on considère le schéma de commande vectorielle de la figure 3 pour réguler le moteur de coupe, nref doit être remplacé par ncref, isqref doit être remplacé par isqcref.

Lorsque l'on considère le schéma de commande vectorielle de la figure 3 pour réguler le moteur d'avance, nref doit être remplacé par naref, isqref doit être remplacé par isqaref.

Le tableau ci-dessous liste les noms de différents paramètres impliqués dans la mise en œuvre de la technique selon l'invention.

Le principe sur lequel repose l'invention vise à réguler les moteurs pour obtenir que le foret se déplace avec une avance par tour ATR prédéterminée.

A un instant, ATR = V'/N'

Avec : N"=K1.N'

V -K2.V'

D'où : ATR=(V".K1)/(K2.N")

L'unité usuelle d'avance par tour est le mm/tr.

6.3. Procédé

On décrit ci-après, en relation avec la figure 4, un exemple de procédé selon l'invention d'un élément à percer composé ou non d'une pluralité de couches de matières différentes.

Un tel procédé de perçage selon l'invention vise à adapter les paramètres de coupe de façon automatique en fonction des conditions de perçage en adaptant le mode de régulation des moteurs, ceci en garantissant une avance par tour de l'outil coupant conforme à une valeur prédéterminée.

Avant de réaliser une opération de perçage, le technicien en charge de la programmation de la perceuse doit choisir les paramètres selon lesquels le perçage doit être réalisé, parmi ceux-ci on trouve : la vitesse de rotation du moteur de coupe, de consigne ncref, avec laquelle le perçage va être démarré, sachant que le mode de régulation en vitesse des moteurs est le mode par défaut tant que la charge sur les moteurs reste en dessous d'un certain seuil. la stratégie d'avance par tour du foret, ATR, elle peut être constante ou dépendre de la profondeur d'engagement de l'outil coupant ou encore de la vitesse de rotation du moteur de coupe. Cette stratégie rend les vitesses de rotation des moteurs de coupe et d'avance interdépendantes, ainsi si ncref est fixée alors naref en découle de façon telle que naref = ATR . ncref. La profondeur d'engagement du foret est la distance entre la pointe du foret et la surface de la paroi à l'entrée du trou en temps réel. les seuils des valeurs de charge (C) et (P) sur l'outil coupant, en couple et en poussée, à partir desquelles le mode de régulation sur les moteurs passe d'une régulation en vitesse à une régulation en couple. De manière préférentielle, le seuil de coupe C et le seuil de poussée P seront associés à des intervalles de tolérances.

Le procédé décrit est applicable indifféremment dans un perçage d'une paroi constituée d'une ou plusieurs matières.

Au démarrage d'une opération de perçage (étape 30), le contrôleur pilote initialement, sur la base de deux consignes ncref et naref, les moteurs de coupe et d'avance, en vitesse et de préférence de manière vectorielle (étape 31).

Les moteurs de rotation et d'avance sont ainsi pilotés de manière telle que leur fréquence de rotation atteignent respectivement les consignes ncref et naref dont les valeurs sont initialement et respectivement n et v.

Le procédé comprend une étape 32 de mesure en temps réel d'au moins une valeur de charge représentative du couple appliqué à l'outil coupant et une étape 33 de mesure en temps réel d'au moins une valeur de charge représentative de la poussée appliquée à l'outil coupant. Des exemples de valeurs de charge ont été donnés plus haut. Par simplification, nous utiliserons les expressions mesure de couple et mesure de poussée en lieu et place de mesure d'au moins une valeur de présentative du couple et de mesure d'au moins une valeur de présentative de la poussée.

Le procédé comprend une étape 34 de comparaison en temps réel du couple mesuré Cm avec un seuil prédéterminé de couple C et une étape 35 de comparaison en temps réel de la poussée mesurée Pm avec un seuil prédéterminé de poussée P.

Le procédé comprend une étape 36 d'adaptation de la régulation des moteurs de coupe ou d'avance en fonction du résultat de la comparaison du couple mesuré Cm et de la poussée mesurée Pm respectivement avec les seuils de couple C et de poussée P. L'étape 36 d'adaptation induit que : les moteurs de coupe et d'avance sont régulés en vitesse tant que le couple Cm et la poussée Pm sont inférieurs respectivement au seuil de couple C et au seuil de poussée P ; lorsque le couple mesuré Cm ou la poussée mesurée Pm atteint ou dépasse le seuil de couple C ou de poussée P, le moteur générant le couple ou la poussée dont le seuil est dépassé est régulé en courant, l'autre moteur restant régulé en vitesse de manière telle que l'avance par tour de l'outil coupant soit égale à une valeur prédéterminée.

Tant que le couple mesuré Cm et la poussée mesurée Pm restent inférieurs aux seuils de couple C et de poussée P, le contrôleur continu (étape 361) de réguler les moteurs de coupe et d'avance en vitesse respectivement selon les consignes de fréquence de rotation ncref=n du moteur de coupe et de fréquence de rotation naref=v du moteur d'avance. L'outil coupant continu de ce fait d'être entraîné à la même vitesse d'avance par tour ATR.

Si, au cours du perçage, le couple mesuré Cm devient égal au seuil de couple C, le contrôleur pilote le moteur de coupe non plus en vitesse mais en couple (courant) alors qu'il continu de piloter le moteur d'avance en vitesse.

Dans ce cas, l'étape 36 d'adaptation de la régulation comprend les sous-étapes suivantes : sous-étape 362 de régulation en courant du moteur de coupe avec une consigne isqcref=c de telle sorte que le couple appliqué à l'outil coupant ne dépasse pas le seuil de couple C ; sous-étape 363 de mesure de la nouvelle fréquence de rotation N" du moteur de coupe résultant de sa régulation en couple ; sous-étape 364 de détermination de la nouvelle fréquence rotation V" du moteur d'avance et de la consigne naref en conséquence telle que l'avance par tour de l'outil coupant soit égale à la valeur prédéterminée de vitesse d'avance par tour ; sous-étape 365 régulation en vitesse du moteur d'avance avec la consigne naref de façon qu'il soit entraîné à la nouvelle fréquence de rotation V". Optionnellement, le procédé comprend, après la sous-étape 363 de mesure de la nouvelle fréquence de rotation N", une sous-étape de comparaison de N" avec une valeur Nmini prédéterminée. Si la nouvelle fréquence de rotation N" est inférieure à Nmini, l'opération de perçage en cours est arrêtée avec préférentiellement l'émission d'un message d'alerte. Dans le cas contraire, l'opération de perçage en cours se poursuit en régulant le moteur d'avance de façon qu'il soit entraîné à la nouvelle fréquence de rotation V".

Si, ou cours du perçage, la poussée mesuré Pm devient égale au seuil de poussée P, le contrôleur pilote le moteur d'avance non plus en vitesse mais en couple (courant) alors qu'il continu de piloter le moteur de coupe en vitesse.

Dans ce cas, l'étape 36 d'adaptation de la régulation comprend les sous-étapes suivantes : sous-étape 367 de régulation en courant du moteur d'avance avec une consigne isqaref de telle sorte à ce que la poussée Pm ne dépasse pas le seuil prédéterminé de poussée P ; sous-étape 368 de mesure de la nouvelle fréquence de rotation V" du moteur d'avance ; sous-étape 369 de détermination de la nouvelle fréquence de rotation N" et de la consigne de vitesse ncref du moteur de coupe telle que l'avance par tour de l'outil coupant soit égale à la valeur prédéterminée ; sous-étape 370 de régulation en vitesse du moteur de coupe avec la consigne ncref de façon qu'il soit entraîné à la nouvelle fréquence de rotation N".

Optionnellement, le procédé comprend, après la sous-étape 369 de détermination de la nouvelle consigne de vitesse ncref, une sous-étape de comparaison de ncref avec une valeur Nmini prédéterminée. Si la nouvelle consigne de rotation ncref est inférieure à Nmini, l'opération de perçage en cours est arrêtée avec préférentiellement l'émission d'un message d'alerte. Dans le cas contraire l'opération de perçage en cours se poursuit en régulant le moteur de coupe de façon qu'il soit entraîné à la nouvelle fréquence de rotation N".

Le procédé comprend une étape 371 de mesure en temps réel de la profondeur de perçage prof (profondeur d'engagement du foret dans le trou) et une étape 372 de comparaison en temps réel de la profondeur de perçage mesurée prof à un seuil prédéterminé de profondeur de perçage finale PPf correspondant à la profondeur de perçage à atteindre. Tant que la profondeur de perçage mesurée prof est inférieure au seuil prédéterminé de profondeur de perçage finale PPf, l'opération de perçage se poursuit. Lorsque la profondeur de perçage mesurée prof atteint le seuil prédéterminé de profondeur de perçage finale PPf, l'outil coupant est rétracté et l'opération de perçage est stoppée.

Plusieurs stratégies peuvent être mises en œuvre pour déterminer la valeur de l'avance par tour ATR prédéterminée. Elles sont données à titre d'exemple pour illustrer et ouvrent la possibilité de combinaisons ou variations.

Stratégie 1 : avance par tour constante

Selon une première stratégie, l'adaptation de la régulation conduit à maintenir constante l'ATR. Dans ce cas, l'avance par tour prédéterminée choisie en amont du lancement d'une opération de perçage est maintenue si bien que la valeur prise en compte de l'avance par tour pendant l'étape d'adaptation de la régulation des moteurs reste la même.

Dans ce cas, l'avance par tour reste constante si bien que : ATR=V/N=V'/N'=V"/N"

Il en résulte que les consignes des moteurs sont telles que représentées dans le tableau ci-dessous.

Stratégie 2 : avance par tour variable en fonction de la vitesse de rotation de l'outil coupant

Selon la deuxième stratégie, l'avance par tour du foret dépend de la vitesse de rotation N de l'outil coupant. Dans ce cas, on associe à différentes plages de vitesses de rotation N de l'outil coupant différentes valeurs d'un coefficient A2. Le tableau ci- dessous donne des exemples illustratifs de valeur de A2 pour des valeurs de N'.

Dans ce cas, les consignes des moteurs sont telles que représentées dans le tableau ci-dessous.

Dans le cas d'une régulation du moteur d'avance en courant suivi d'un calcul de la consigne de régulation en vitesse du moteur de coupe, la vitesse du moteur de coupe n'étant à priori pas connue, les séquence suivantes seront réalisée : choix d'une avance par tour dans le tableau. calcul de la consigne de vitesse de rotation du moteur de coupe et de la vitesse de rotation du foret en résultant. comparaison de la valeur de vitesse de rotation de l'outil coupant avec la plage de vitesse associée à l'avance par tour choisie. si la plage considérée contient bien la vitesse calculée alors le moteur de coupe est régulé en vitesse avec la consigne calculée. si la plage considérée ne contient pas la vitesse calculée alors l'avance par tour suivante dans le tableau est prise en considération pour un nouveau calcul de consigne de vitesse de moteur de coupe. Ce calcul est répété jusqu'à ce qu'il y ait cohérence entre la vitesse calculée et la plage de vitesse considérée

Stratégie 3 : avance par tour variable en fonction de la profondeur d'engagement de l'outil coupant

Dans la stratégie 3, l'avance par tour dépend de la profondeur d'engagement de l'outil coupant suivant la fonction : ATR= A3.(2.E-prof)/2.E Ceci conduit à avoir une avance A3 à l'entrée du trou et A3/2 à la sortie, après que le foret ait parcouru une profondeur de E mm (épaisseur de la paroi).

Dans ce cas, les consignes des moteurs sont telles que représentées dans le tableau ci-dessous.

Exemple de courbes de régulation des moteurs

Les figures 5, 6, 7 et 8 illustrent des exemples de courbes de variation de la vitesse n du moteur de coupe et de variation du couple c respectivement pendant : le perçage de l'empilement d'une couche de matière tendre et d'une couche de matière dure ; le perçage de l'empilement d'une couche de matière dure et d'une couche de matière tendre ; le perçage d'un élément monocouche avec un foret conique ; le perçage-fraisurage d'un élément monocouche avec un foret adapté à un perçage de ce type.

On observe sur la figure 5 qu'après l'entrée en pleine matière du foret dans la matière tendre, le couple c se stabilise à une valeur inférieure au seuil de couple C si bien que le moteur de rotation est régulé en vitesse avec n=ncref. Après l'entrée du foret dans la matière dure, le couple c augmente si bien que le moteur de rotation est régulé en couple afin que le couple se stabilise au seuil de couple C.

On observe sur la figure 6 qu'après l'entrée du foret dans la matière dure, le couple c augmente si bien que le moteur de rotation est régulé en couple afin que le couple se stabilise au seuil de couple C. Après l'entrée du foret en pleine matière dans la matière tendre, le couple c se stabilise à une valeur inférieure à au seuil de couple C si bien que le moteur de rotation est régulé en vitesse avec n=ncref.

On observe sur la figure 7 que le moteur de rotation est initialement régulé en vitesse avec n=ncref et, qu'après l'entrée du foret dans la matière, le couple c augmente si bien qu'au-delà d'une certaine valeur, le moteur de rotation est régulé en couple afin que le couple se stabilise au seuil de couple C.

On observe sur la figure 8 que le moteur de rotation est initialement régulé en vitesse avec n=ncref et, qu'après l'entrée du foret dans la matière, le couple c se stabilise à une valeur inférieure au seuil C. Puis, lorsque le foret débouche de la pièce à percer, le couple C décroit de manière importante avant de raugmenter lors de la réalisation de la fraisure, si bien que le moteur de rotation est régulé en couple afin que le couple se stabilise au seuil de couple C.

Identification d'évènements au cours du perçage

Dans une variante, le procédé comprend des étapes consistant à : mesurer et enregistrer en temps réel des nouvelles fréquences de rotation N", V" du moteur de coupe et/ou d'avance en fonction du temps, ou mesurer et enregistrer en temps réel un courant consommé par le moteur de coupe et/ou d'avance en fonction du temps ; comparer les enregistrements ainsi obtenus à des courbes prédéterminées de variation en fonction du temps de la fréquence de rotation du moteur de coupe et/ou d'avance ou d'un courant consommé par le moteur de coupe et/ou d'avance, les courbes prédéfinies correspondant à des événements et natures d'événements prédéterminés ; déduire de cette comparaison la survenue d'un évènement et sa nature.

La nature des événements détectables appartient de préférence au groupe comprenant : une entrée dudit outil coupant dans ledit élément à percer une sortie dudit outil coupant dudit élément à percer, le passage dudit outil coupant dans une nouvelle matière, ledit élément à percer comprenant l'empilement d'au moins deux matières différentes ; un bourrage de copeaux dans un trou en cours de perçage.

L'identification de l'événement peut par exemple s'appuyer sur la mise en œuvre de la technique décrite dans la demande de brevet FR2103983.