Usinage de précision CNC : comment la précision est-elle contrôlée et vérifiée ?

L'utilisation de palpeurs pour la mesure en temps réel et en cours d'usinage est devenue un axe important dans le contrôle de la précision des machines-outils CNC. Lors du réglage de la machine CNC, un palpeur permet d'établir rapidement le système de coordonnées de la pièce, ce qui réduit le travail manuel et élimine les variations liées à l'opérateur, garantissant ainsi une précision constante du système de coordonnées. Pendant l'usinage, la machine CNC peut inspecter automatiquement la précision géométrique des éléments usinés, corriger le système de coordonnées ou le décalage d'outil, et améliorer le taux d'acceptation final des pièces grâce à une compensation en cours de processus.

Fonctionnement du palpage par contact

Les palpeurs utilisés pour contrôler la précision des pièces peuvent être classés selon leur méthode de mesure, notamment les palpeurs à déclenchement par contact et les palpeurs à balayage. Les palpeurs à déclenchement par contact sont les plus couramment utilisés sur les machines-outils. Dans un palpeur à déclenchement par contact classique, le contact entre le stylet et la surface mesurée provoque la déviation et la rotation du stylet autour d’un pivot interne. Cela modifie la résistance électrique aux points de contact entre le stylet et sa structure de support. Dès que la variation de résistance atteint un seuil défini, le palpeur génère un signal de déclenchement.

Le signal de déclenchement est généralement un signal électrique à onde carrée dont le front montant est très raide, dont la durée est généralement de l'ordre de quelques microsecondes. L'utilisation de ce front comme signal de verrouillage permet de garantir que les coordonnées de la machine enregistrées reflètent fidèlement la position de contact. Les palpeurs de haute précision peuvent atteindre une précision de mesure de 1 μm.

Pour la mesure sur machine, le système de palpage se compose généralement d’un palpeur et d’un récepteur. Le palpeur est généralement monté dans un porte-outil adapté à la broche de la machine, tandis que le récepteur est installé à un emplacement fixe sur la machine. Avant utilisation, le rayon du palpeur, sa longueur totale et d’autres paramètres pertinents doivent être étalonnés. Lorsque le stylet entre en contact avec la pièce, le signal de déclenchement est transmis au CNC par câble, par infrarouge ou par radio. Le CNC traite ensuite le signal conformément à la routine d'inspection ou de compensation.

Inspection par vision industrielle

Un système d'inspection par vision industrielle utilise un capteur à transfert de charge (CCD), un objectif et une source lumineuse pour capturer des images des caractéristiques d'une pièce usinée. Un processeur d'images, tel qu'un PC ou le CNC lui-même, traite les données acquises. Des algorithmes logiciels extraient les caractéristiques de l'image et les combinent avec les paramètres d'étalonnage de la caméra afin de calculer les positions et les dimensions physiques nécessaires au repérage et à la mesure de la pièce.

Le matériel principal comprend une caméra industrielle, un objectif, une source lumineuse, un boîtier de protection, des supports auxiliaires et des câbles. La source lumineuse assure un éclairage stable, l'objectif effectue la mise au point de l'image et la caméra la capture.

Contrairement à un système à palpeur, la vision industrielle est une technique sans contact qui permet d'inspecter des géométries plus complexes, notamment des arcs et des courbes, en une seule acquisition. Elle permet ainsi d'améliorer l'efficacité des contrôles. La vision industrielle présente également des avantages évidents pour les caractéristiques bidimensionnelles qu'un palpeur ne peut pas atteindre de manière fiable, comme les trous de très petit diamètre.

À mesure que les systèmes intelligents CNC évoluent, le traitement d'images s'intègre de plus en plus étroitement au contrôle des machines. Dans les contrôleurs intelligents plus récents, tels que l'i5, le logiciel de traitement d'images est entièrement intégré au CNC, ce qui améliore la synchronisation et la flexibilité entre le système d'inspection et le contrôle du CNC.

Protection des composants de vision installés sur la machine

Pour obtenir des images exploitables de la pièce à usiner, le matériel de vision d’une machine CNC est généralement installé à proximité de la broche ou de la tourelle d’outils. Les copeaux, le fluide de coupe et le brouillard de coupe en suspension dans l’air peuvent contaminer ou endommager la caméra et l’objectif. Une protection efficace de la caméra, de l'objectif et des composants associés est donc essentielle pour empêcher que l'eau, le brouillard et les copeaux ne nuisent à la précision des mesures ou ne réduisent la durée de vie de la caméra.