EP4445231A1 - Procédé de pilotage automatique d'un déclenchement d'un affûtage du fil tranchant d'une lame de coupe pour machine de coupe - Google Patents

Procédé de pilotage automatique d'un déclenchement d'un affûtage du fil tranchant d'une lame de coupe pour machine de coupe

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EP4445231A1
EP4445231A1 EP23706405.0A EP23706405A EP4445231A1 EP 4445231 A1 EP4445231 A1 EP 4445231A1 EP 23706405 A EP23706405 A EP 23706405A EP 4445231 A1 EP4445231 A1 EP 4445231A1
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EP
European Patent Office
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cutting
sharpening
cutting blade
blade
threshold value
Prior art date
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Pending
Application number
EP23706405.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Didier Chabirand
Olivier CAHUC
Philippe DARNIS
Raynald LAHEURTE
Intissar FARAH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Lectra SA
Ecole National Superieure dArts et Metiers ENSAM
Universite de Bordeaux
Institut Polytechnique de Bordeaux
Amvalor SAS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Lectra SA
Ecole National Superieure dArts et Metiers ENSAM
Universite de Bordeaux
Institut Polytechnique de Bordeaux
Amvalor SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Lectra SA, Ecole National Superieure dArts et Metiers ENSAM, Universite de Bordeaux, Institut Polytechnique de Bordeaux, Amvalor SAS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to the general field of automatic cutting by a vibrating blade of a flexible material mattress placed on a cutting table and in the form of a single ply or a stack of folds.
  • a field of application of the invention is that of the automatic cutting of parts in a flexible textile or non-textile material (such as leather), in particular in the clothing industry, furniture or car upholstery.
  • a known process for the automatic cutting of parts in a flexible material consists in bringing the material onto a fixed or mobile cutting support of the cutting table, in the form of a single ply or a stack of ply forming a mattress, and cutting the pieces by means of a cutting head moving above the cutting support of the table according to a previously defined placement program.
  • the cutting head of such a machine is formed of a steel blade which is vibrated vertically in the direction of its cutting edge in order to cut the material.
  • a rotating blade guide serves as a slide for the blade and ensures its rotation.
  • the cutting blade loses its cutting power as the cutting operation takes place so that it is necessary to regularly perform sharpening operations of its cutting edge.
  • the cutting head can be equipped with an automatic sharpening system composed of two or three abrasive belts.
  • an automatic sharpening system composed of two or three abrasive belts.
  • the sharpening frequency is most often determined empirically, taking particular account of the nature of the cut material and the wear of the blade which is generated by a sharpening operation.
  • the latter corresponds to a loss of material and is determined experimentally by an abrasion law depending on the number of sharpenings, the size of the blade and the type of abrasive belt used.
  • the position of the cutting edge is calculated according to the number of sharpening cycles carried out.
  • This empirical method for determining the sharpening frequency of the cutting blade is not optimal. Indeed, this method does not make it possible to take into account the variability of the abrasive power throughout the lifetime of the sharpening bands.
  • the initial abrasive power of the strips as well as the hardness and the geometry of the cutting blades not being identical from one blade to another or from one set of strips to another the empirical method does not make it possible to take account for these variations.
  • the empirical method requires numerous tests to be implemented in order to determine the best set of parameters for each material/strip/blade triplet or to limit the choices by keeping a single set of parameters for several materials thereby limiting the contribution of an optimal setting. Disclosure of Invention
  • the main purpose of the present invention is therefore to provide a method for automatically controlling the triggering of the sharpening of the cutting edge of a cutting blade.
  • this object is achieved by means of a method for automatically controlling triggering of sharpening of the cutting edge of a cutting blade for a machine for cutting a mattress of flexible material, comprising :
  • the components including: the frontal force, the lateral force, the vertical force, the moment roll, pitch moment, and yaw moment of the cutting edge;
  • the method according to the invention is remarkable in that from the components of the mechanical action torque at the guide point of the cutting blade, it is possible to automatically control the operation triggers of sharpening.
  • the inventors have in fact demonstrated the existence of a relationship between the overall nature of the mechanical action torque at the guide point of the blade and the state of the latter.
  • the mechanical action torsor identifies the forces undergone by the blade in the three directions. It is determined from measurements coming from a dynamometer installed in the presser foot of the cutting head and as described in patent application FR 3,108,542, the content of which is incorporated here by way of reference.
  • the method according to the invention thus makes it possible to trigger sharpening of the cutting edge of the blade only and as soon as the state of the cutting edge requires it.
  • variable chosen to determine the threshold value corresponds to the vertical force component of the cutting blade.
  • the variable chosen to determine the threshold value corresponds to an inclination of the central axis of the cutting blade with respect to the vertical axis, the variations in inclination of the central axis of the cutting blade with respect to the vertical axis being calculated from all the values of the components of the mechanical action torque.
  • the variations in inclination of the central axis of the cutting blade with respect to the vertical axis are calculated, for each point P of coordinates Pt X i, Pt yi , Pt Zi of the central axis, by the following equation:
  • the method further comprises comparing the amplitudes of the chosen variable to determine the threshold value before and after a sharpening cycle of the cutting edge of the cutting blade in order to determine whether the bands of sharpening of the sharpening tool need to be replaced.
  • the ability to regenerate the sharp wire by the sharpening bands decreases as a function of the number of sharpening operations carried out, which results in a value of the variable used after sharpening which is less and less and further away from the threshold value.
  • This additional step of the process thus makes it possible to determine the moment when the sharpening bands will have to be changed in order to maintain a cutting power compatible with the quality requirements and not to significantly increase the frequency of sharpenings which penalize the productivity of the machines. cutting.
  • the method may further comprise the automatic triggering of an alert to request the change of the sharpening strips of the sharpening tool as soon as the difference between the amplitude of the variable chosen to determine the threshold value after a sharpening cycle and the magnitude of the variable chosen to determine the threshold value before the sharpening operation becomes less than a predetermined threshold.
  • a sharpening cycle advantageously comprises an abrasion phase on each side of the cutting blade by sharpening bands in order in particular to reduce the radius of the cutting edge and to increase its roughness.
  • FIG. 1 Figure 1 is a flowchart showing the different steps of the method according to the invention.
  • FIGS. 2A, 2B and 2C represent curves of evolution of the vertical force component of different cutting blades.
  • Figure 3 shows curves of evolution of the inclination of the central axis of the cutting blade with respect to the vertical axis.
  • the invention applies to the automated cutting of parts in a flexible material in the form of a mattress.
  • Such a cutting operation is generally carried out by means of a cutting machine fitted with a horizontal cutting support on which the flexible material to be cut is fed.
  • a cutting head carrying a vibrating blade is mounted on a gantry which is caused to move along the cutting support while the cutting head moves simultaneously along the gantry so as to be able to follow the different trajectories of cutting calculated by cutting software.
  • a presser foot is mounted on the lower part of the cutting head in order to apply a controlled force to the flexible material on its cutting support during the cut, the position of this presser foot being adaptable according to the height of the mattress placed on the cutting support.
  • the presser foot makes it possible to maintain the guiding of the cutting blade as close as possible to the mattress.
  • the invention proposes an automatic control method for triggering a sharpening of the cutting edge of the cutting blade of such a cutting machine.
  • the method according to the invention provides for the following steps:
  • the determination of components of a mechanical action torsor at the guide point of the cutting blade the components including: the frontal force, the lateral force, the vertical force, the rolling moment, the moment of pitch, and yaw moment of the cutting edge - the determination of an admissible threshold value for a variable established from at least one of the components of the mechanical action torsor and according to geometric parameters of the cutting blade and characteristics of thickness and material cutting mattress
  • variable chosen to determine the threshold value may correspond either to the vertical force component of the cutting blade, or to an inclination of the central axis of the cutting blade with respect to the vertical axis.
  • the method according to the invention is an algorithm implemented by software means equipping, for example, a computer work station and the main steps of which are illustrated in FIG. 1.
  • the algorithm is supplied as input by input parameters (SOI step) entered by the operator. These include the characteristics of the cutting blade (namely its geometry and the materials of which it is made), the characteristics of the material to be cut (namely thickness and material), and the maximum admissible value of the inclination of the central axis of the cutting blade in its new condition.
  • a step S02 provision is also made to determine the five components of a mechanical action torque at the guide point of the cutting blade, namely: the frontal force F x , the lateral force F z , the rolling moment M x , the pitching moment M Y , and the yawing moment M z of the cutting blade.
  • the cutting blade is subjected to numerous forces.
  • the frontal force F x is the force undergone by the cutting edge of the blade when it is brought into contact with the material during the cutting operation.
  • the lateral force F z is the force undergone by one of the sides of the blade when it is brought into contact with the material during the cutting operation.
  • the vertical force it is the force undergone by the blade in its vibration movement along the vertical axis.
  • the method described in this document provides for the use of a five-component dynamometer positioned on the presser foot and allowing, from an algorithm based on the establishment of a calibration matrix of the dynamometer, to determine in real time the three-dimensional forces undergone by the cutting blade during the cutting operation.
  • the dynamometer may comprise three triaxial piezoelectric sensors which are mounted in the presser foot while being distributed around a longitudinal axis of the blade or three bridges of coupled deformation gauges which are mounted on branches of the presser foot distributed around a longitudinal axis of the blade in order to form at least three complete bridges, or even five decoupled strain gauge bridges which are mounted on the presser foot.
  • the method provides for determining a threshold value admissible by the cutting blade (step S03).
  • This threshold value corresponds to a maximum admissible value either by the vertical force component of the cutting blade, or by the inclination of the central axis of the cutting blade with respect to the vertical axis (according to the variable chosen to control the triggering of a sharpening).
  • This setting will for example be determined from a predetermined chart and/or by setting a maximum value for the tangent of the curve between the initial value of the slope and the upper plateau, this value will be adapted according to the safety factor which one wishes to integrate (close to zero: without safety margin, close to the initial tangent: with a large safety margin).
  • the cutting parameters namely the cutting conditions and strategies of the parts, as well as the wear of the cutting edge of the cutting blade per operation sharpening
  • the method according to the invention provides two approaches: the first by monitoring continuously and in real time the amplitude of the vertical force component F z of the cutting blade, and the second by following continuously and in real time the inclination of the central axis of the cutting blade with respect to the vertical axis.
  • the method according to the invention provides during a step S05 to determine continuously and in real time the variation in amplitude of the vertical force component F z of the cutting blade at from the mechanical torsor determined in step S02.
  • the amplitudes over time of the vertical force component F z of the cutting blade can thus be easily calculated and compared with the threshold value admissible by the cutting blade determined in step S03 (see step S06).
  • the algorithm according to the invention automatically triggers an alert to request a sharpening cycle of the cutting edge of the cutting blade. .
  • step S07 Upon receipt of this alert, the operator will therefore program a sharpening operation of the cutting edge of the cutting blade at the end of the cutting cycle (step S07). For this purpose, when a sharpening operation is triggered, the blade rises and the abrasive belts of the sharpening system come to sharpen the two faces of the cutting edge of the blade in order to reform the edge.
  • Figures 2A to 2C show different examples of evolution curves of the vertical force component of different cutting blades.
  • denim i.e. a cotton twill used to make "jeans"
  • the abscissa corresponds to the cutting length Le (in m) and the ordinate to the amplitude F z of the vertical force of the cutting blade (in N).
  • the different curves C1 to C5 in FIG. 2A correspond to different configurations in terms of cutting speed, frequency of vibration of the cutting blade and cutting angle which are listed in the table below.
  • the algorithm automatically triggers an alert to program a sharpening operation of the sharp edge of the cutting blade.
  • Figures 2B and 2C are evolution curves obtained from other input characteristics, namely:
  • the method according to the invention provides during a step S05 'to determine continuously and in real time the variation in amplitude of the inclination of the central axis of the cutting blade relative to the vertical axis.
  • the introduction of the central axis of the cutting blade makes it possible to synthesize all the components of the torsor of the mechanical actions into an entity characteristic of the state of the blade during the cutting.
  • the inclination of the central axis during a complete revolution of the blade, reflects the ability of the blade to make cuts respecting the specifications.
  • the use of the central axis associated with criteria for characterizing its evolution makes it possible to qualify the ability of the blade to cut a flexible material.
  • the amplitude of the inclination of the central axis of the cutting blade with respect to the vertical axis is obtained by calculation from all the values of the components of the mechanical action torque, namely the frontal force F x , the lateral force F z , the rolling moment M x , the pitching moment M Y , and the yawing moment M z of the cutting blade obtained in step S02, and the vertical force F z obtained in step S05.
  • the mechanical action components evolve according to the wear of the cutting edge and the degradation of the cutting power of the blade.
  • the evolution of forces and cutting moments causes an evolution of the slider (the direction of the central axis) of the torsor of the mechanical actions.
  • the central axes then follow the direction of the resultant of the forces.
  • F z is greater than the other components of the torque (F x and F Y )
  • the amplitudes over time of the inclination of the central axis of the cutting blade can thus be easily calculated and compared with the threshold value admissible by the cutting blade determined in step S03 (see step S06).
  • the algorithm according to the invention automatically triggers an alert to request a sharpening cycle of the sharp edge of the cutting blade.
  • FIG. 3 represents different examples of curves of evolution of the inclination of the central axis of the same cutting blade operating with different cutting parameters.
  • the different curves C11 to C16 correspond to different configurations in terms of cutting speed, frequency of vibration of the cutting blade and cutting angle which are listed in the table below.
  • the algorithm automatically triggers an alert to program a cutting edge sharpening operation of the cutting blade.
  • This advantageous arrangement therefore provides for automatically triggering an alert to request the change of the sharpening bands of the sharpening tool as soon as the difference between the amplitude of the variable chosen to determine the threshold value after a cycle sharpening and the magnitude of the variable chosen to determine the threshold value before the sharpening operation becomes less than a predetermined threshold.
  • This advantageous arrangement thus makes it possible to determine the moment when the sharpening bands will have to be changed in order to maintain a cutting power compatible with the quality requirements and not to significantly increase the frequency of sharpenings which penalize the productivity of the cutting machines.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de pilotage automatique d'un déclenchement d'un affûtage du fil tranchant d'une lame de coupe pour machine de coupe, comprenant la détermination (S02) de composantes d'un torseur d'actions mécaniques au point de guidage de la lame de coupe dans le repère de la lame, la détermination (S03) d'une valeur de seuil admissible pour une variable établie à partir de l'une au moins des composantes du torseur d'actions mécaniques et en fonction de paramètres géométriques de la lame de coupe et de caractéristiques d'épaisseur et de matière du matelas à découper, le suivi au cours de la coupe du matériau de variations d'amplitudes de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil, et le déclenchement automatique (S07) d'une alerte pour solliciter un cycle d'affûtage du fil tranchant de la lame de coupe dès que l'amplitude de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil atteint ladite valeur de seuil.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé de pilotage automatique d'un déclenchement d'un affûtage du fil tranchant d'une lame de coupe pour machine de coupe
Domaine Technique
[0001] La présente invention se rapporte au domaine général de la découpe automatique par une lame vibrante d'un matelas de matière souple placé sur une table de coupe et se présentant sous forme d'un pli unique ou d'un empilement de plis.
[0002] Elle concerne plus précisément le pilotage automatique d'un déclenchement d'une opération d'affûtage du fil tranchant de la lame de coupe équipant de telles machines de coupe.
Technique antérieure
[0003] Un domaine d'application de l'invention est celui de la découpe automatique de pièces dans une matière souple textile ou non textile (comme le cuir), en particulier dans l'industrie de la confection, de l'ameublement ou de la sellerie automobile.
[0004] Un procédé connu pour la découpe automatique de pièces dans une matière souple consiste à amener la matière sur un support de coupe fixe ou mobile de la table de coupe, sous la forme d'un pli unique ou d'un empilement de plis formant un matelas, et à découper les pièces au moyen d'une tête de coupe se déplaçant au-dessus du support de coupe de la table selon un programme de placement préalablement défini.
[0005]Typiquement, la tête de coupe d'une telle machine est formée d'une lame en acier qui est mise en vibration verticalement selon le sens de son fil tranchant afin de découper la matière. Un guide lame tournant sert de glissière à la lame et assure sa rotation. [0006JII est par ailleurs connu que la lame de coupe perd son pouvoir tranchant à mesure que l'opération de coupe se déroule de sorte qu'il est nécessaire d'effectuer régulièrement des opérations d'affûtage de son fil tranchant.
[0007]A cet effet, la tête de coupe peut être équipée d'un système d'affûtage automatique composé de deux ou trois bandes abrasives. Quand une opération d'affûtage est déclenchée, la lame remonte et les bandes abrasives du système d'affûtage viennent affûter les deux faces du tranchant de la lame afin d'en reformer le fil.
[0008] Ces opérations d'affûtage sont généralement périodiques et réparties dans le temps de façon linéaire tout au long de la durée de vie de la lame, indépendamment de l'état réel de son fil tranchant.
[0009] La fréquence d'affûtage est le plus souvent déterminée de façon empirique en tenant notamment compte de la nature du matériau découpé et l'usure de la lame qui est générée par une opération d'affûtage. Cette dernière correspond à une perte de matière et est déterminée expérimentalement par une loi d'abrasion en fonction du nombre d'affûtages, de la dimension de la lame et du type de bande abrasive utilisée. La position du fil tranchant est calculée en fonction du nombre de cycles d'affûtages réalisés.
[0010] Cette méthode empirique pour déterminer la fréquence d'affûtage de la lame de coupe n'est pas optimale. En effet, cette méthode ne permet pas de prendre en compte la variabilité du pouvoir abrasif tout au long de la durée de vie des bandes d'affûtage. Le pouvoir abrasif initial des bandes ainsi que la dureté et la géométrie des lames de coupe n'étant pas identiques d'une lame à l'autre ou d'un jeu de bande à l'autre, la méthode empirique ne permet pas de prendre en compte ces variabilités. Compte tenu de la diversité des matériaux découpés, la méthode empirique nécessite de nombreux essais à mettre en oeuvre afin de déterminer le meilleur jeu de paramètres pour chaque triplet matière/bande/lame ou de limiter les choix en conservant un seul jeu de paramètres pour plusieurs matériaux limitant de ce fait les apports d'un paramétrage optimal. Exposé de l'invention
[0011] La présente invention a donc pour but principal de proposer un procédé permettant de piloter de façon automatique le déclenchement des affûtages du fil tranchant d'une lame de coupe.
[0012]Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à un procédé de pilotage automatique d'un déclenchement d'un affûtage du fil tranchant d'une lame de coupe pour machine de coupe d'un matelas de matière souple, comprenant :
- la détermination de composantes d'un torseur d'actions mécaniques au point de guidage de la lame de coupe dans le repère de la lame, les composantes comprenant : l'effort frontal, l'effort latéral, l'effort vertical, le moment de roulis, le moment de tangage, et le moment de lacet de la lame de coupe ;
- la détermination d'une valeur de seuil admissible pour une variable établie à partir de l'une au moins des composantes du torseur d'actions mécaniques et en fonction de paramètres géométriques de la lame de coupe et de caractéristiques d'épaisseur et de matière du matelas à découper ;
- le suivi au cours de la coupe du matériau de variations d'amplitudes de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil ; et
- le déclenchement automatique d'une alerte pour solliciter un cycle d'affûtage du fil tranchant de la lame de coupe dès que l'amplitude de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil atteint ladite valeur de seuil.
[0013] Le procédé selon l'invention est remarquable en ce qu'à partir des composantes du torseur d'actions mécaniques au point de guidage de la lame de coupe, il est possible de piloter de façon automatique les déclenchements d'opération d'affûtage. Les inventeurs ont en effet mis en évidence l'existence d'une relation entre la nature globale du torseur d'actions mécaniques au point de guidage de la lame et l'état de celle-ci. Le torseur d'actions mécaniques identifie les efforts subis par la lame dans les trois directions. Il est déterminé à partir de mesures provenant d'un dynamomètre installé dans le pied presseur de la tête de coupe et tel que décrit dans la demande de brevet FR 3,108,542 dont le contenu est incorporé ici par voie de référence. [0014] Le procédé selon l'invention permet ainsi de déclencher un affûtage du fil tranchant de la lame uniquement et dès que l'état du fil tranchant le nécessite. Il en résulte des gains de productivité, une prise en compte des variabilités (dureté, géométries, composition, fabrication,...) des lames et des bandes d'affûtage voire des composants mécaniques situés dans l'environnement de ces consommables, une simplification du paramétrage des cycles d'affûtage pour les opérateurs..
[0015]Selon un mode de réalisation, la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil correspond à la composante d'effort vertical de la lame de coupe.
[0016] Dans ce mode de réalisation, la variation d'amplitude de l'effort vertical de la lame de coupe au cours de la coupe du matériau est avantageusement donnée par l'équation suivante :
[0017][Math. 1] dans laquelle Fz est l'amplitude de l'effort vertical de la lame de coupe, My est l'amplitude du moment de tangage de la lame de coupe, Fx est l'amplitude de l'effort frontal de la lame de coupe, FY est l'amplitude de l'effort latéral appliqué à la lame, et L est l'épaisseur du matelas à découper.
[0018]Selon un mode de réalisation, la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil correspond à une inclinaison de l'axe central de la lame de coupe par rapport à l'axe vertical, les variations d'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe par rapport à l'axe vertical étant calculées à partir de l'ensemble des valeurs des composantes du torseur d'actions mécaniques.
[0019] Dans cet autre mode de réalisation, les variations d'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe par rapport à l'axe vertical sont calculées, pour chaque point P de coordonnées PtXi, Ptyi, PtZi de l'axe central, par l'équation suivante :
[Math. 2] avec m représentant le nombre de points d'acquisition par mesure.
[0020] De façon avantageuse, le procédé comprend en outre la comparaison des amplitudes de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil avant et après un cycle d'affûtage du fil tranchant de la lame de coupe afin de déterminer si les bandes d'affûtage de l'outil d'affûtage ont besoin d'être remplacées. En effet, il a été également constaté par les inventeurs que la capacité de régénération du fil tranchant par les bandes d'affûtage diminue en fonction du nombre d'opérations d'affûtage réalisées, ce qui se traduit par une valeur de la variable utilisée après affûtage qui est de moins de moins en éloignée de la valeur de seuil. Cette étape supplémentaire du procédé permet ainsi de déterminer le moment où les bandes d'affûtage devront être changées afin de conserver un pouvoir tranchant compatible avec les exigences de qualité et de ne pas augmenter de façon significative la fréquence des affûtages qui pénalisent la productivité des machines de coupe.
[0021] Dans ce cas, le procédé peut comprendre en outre le déclenchement automatique d'une alerte pour solliciter le changement des bandes d'affûtage de l'outil d'affûtage dès que la différence entre l'amplitude de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil après un cycle d'affûtage et l'amplitude de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil avant l'opération d'affûtage devient inférieur à un seuil prédéterminé.
[0022] De préférence, un cycle d'affûtage comprend avantageusement une phase d'abrasion de chaque côté de la lame de coupe par des bandes d'affûtage afin notamment de diminuer le rayon du fil tranchant et d'augmenter sa rugosité.
Brève description des dessins
[0023] [Fig. 1] La figure 1 est un ordinogramme montrant les différentes étapes du procédé selon l'invention. [0024] [Fig. 2A-2C] Les figures 2A, 2B et 2C représentent des courbes d'évolution de la composante d'effort vertical de différentes lames de coupe.
[0025] [Fig. 3] La figure 3 représente des courbes d'évolution de l'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe par rapport à l'axe vertical.
Description des modes de réalisation
[0026] L'invention s'applique à la découpe automatisée de pièces dans une matière souple se présentant sous la forme d'un matelas.
[0027] Une telle opération de découpe est généralement réalisée au moyen d'une machine de coupe munie d'un support horizontal de coupe sur lequel est amenée la matière souple à découper.
[0028] Une tête de coupe portant une lame vibrante est montée sur un portique qui est amené à se déplacer le long du support de coupe tandis que la tête de coupe se déplace simultanément le long du portique de sorte à pouvoir suivre les différentes trajectoires de coupe calculées par un logiciel de coupe.
[0029]Typiquement, un pied presseur est monté sur la partie basse de la tête de coupe afin de plaquer suivant un effort contrôlé la matière souple sur son support de coupe pendant la coupe, la position de ce pied presseur étant adaptable en fonction de la hauteur du matelas posé sur le support de coupe. Ainsi, le pied presseur permet de maintenir le guidage de la lame de coupe au plus près du matelas.
[0030] L'invention propose un procédé de pilotage automatique d'un déclenchement d'un affûtage du fil tranchant de la lame de coupe d'une telle machine de coupe.
[0031] De manière générale, le procédé selon l'invention prévoit les étapes suivantes :
- la détermination de composantes d'un torseur d'actions mécaniques au point de guidage de la lame de coupe, les composantes comprenant : l'effort frontal, l'effort latéral, l'effort vertical, le moment de roulis, le moment de tangage, et le moment de lacet de la lame de coupe - la détermination d'une valeur de seuil admissible pour une variable établie à partir de l'une au moins des composantes du torseur d'actions mécaniques et en fonction de paramètres géométriques de la lame de coupe et de caractéristiques d'épaisseur et de matière du matelas à découper
- le suivi au cours de la coupe du matériau de variations d'amplitudes de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil, et
- le déclenchement automatique d'une alerte pour solliciter un cycle d'affûtage du fil tranchant de la lame de coupe dès que l'amplitude de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil atteint ladite valeur de seuil.
[0032] La variable choisie pour déterminer la valeur de seuil peut correspondre soit à la composante d'effort vertical de la lame de coupe, soit à une inclinaison de l'axe central de la lame de coupe par rapport à l'axe vertical.
[0033] En pratique, le procédé selon l'invention est un algorithme mis en oeuvre par des moyens logiciels équipant par exemple une station informatique de travail et dont les principales étapes sont illustrées sur la figure 1.
[0034] L'algorithme est alimenté en entrée par des paramètres d'entrée (étape SOI) saisis par l'opérateur. Il s'agit notamment des caractéristiques de la lame de coupe (à savoir sa géométrie et les matériaux qui la constituent), des caractéristiques de la matière à découper (à savoir épaisseur et matière), et la valeur maximale admissible de l'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe dans son état neuf.
[0035]Au cours d'une étape S02, il est également prévu de déterminer les cinq composantes d'un torseur d'actions mécaniques au point de guidage de la lame de coupe, à savoir : l'effort frontal Fx, l'effort latéral Fz, le moment de roulis Mx, le moment de tangage MY, et le moment de lacet Mz de la lame de coupe.
[0036]Au cours de la mise en vibration verticale et lors de la découpe de la matière, la lame de coupe est soumise à des nombreux efforts. L'effort frontal Fx est l'effort que subit le fil tranchant de la lame lorsqu'il est amené en contact avec la matière durant l'opération de découpe. L'effort latéral Fz est l'effort que subit un des flancs de la lame lorsqu'il est amené en contact avec la matière durant l'opération de découpe. Quant à l'effort vertical, il s'agit de l'effort que subit la lame dans son mouvement de vibration suivant l'axe vertical.
[0037]Ce torseur mécanique peut être déterminé au moyen du procédé décrit dans la demande de brevet FR 3,108,542 dont le contenu est incorporé ici par voie de référence.
[0038] Brièvement, le procédé décrit dans ce document prévoit de recourir à un dynamomètre à cinq composantes positionné sur le pied presseur et permettant, à partir d'un algorithme basé sur l'établissement d'une matrice d'étalonnage du dynamomètre, de déterminer en temps réel les efforts en trois dimensions subis par la lame de coupe au cours de l'opération de coupe.
[0039] Plus précisément, le dynamomètre peut comprendre trois capteurs piézoélectriques triaxiaux qui sont montés dans le pied presseur en étant répartis autour d'un axe longitudinal de la lame ou trois ponts de jauges de déformations couplés qui sont montés sur des branches du pied presseur réparties autour d'un axe longitudinal de la lame afin de former au moins trois ponts complets, ou encore cinq ponts de jauges de déformations découplés qui sont montées sur le pied presseur.
[0040]A partir des données issues à partir des étapes SOI et S02, le procédé prévoit de déterminer une valeur de seuil admissible par la lame de coupe (étape S03). Cette valeur de seuil correspond à une valeur maximale admissible soit par la composante d'effort vertical de la lame de coupe, soit par l'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe par rapport à l'axe vertical (selon la variable choisie pour le pilotage du déclenchement d'un affûtage). Ce paramétrage sera par exemple déterminé à partir d'un abaque prédéterminé et/ou en fixant une valeur maximale de la tangente de la courbe comprise entre la valeur initiale de la pente et le plateau supérieur, cette valeur sera adaptée en fonction du coefficient de sécurité que l'on souhaite intégrer (proche de zéro : sans marge de sécurité, proche de la tangente initiale : avec une grosse marge de sécurité).
[0041] Les paramètres de coupe (à savoir les conditions et stratégies de coupe des pièces, ainsi que l'usure du fil tranchant de la lame de coupe par opération d'affûtage) sont alors déterminés à partir de la valeur de seuil admissible par la lame de coupe (étape S04).
[0042] Comme indiqué précédemment, le procédé selon l'invention prévoit deux approches : la première en suivant en continu et en temps réel l'amplitude de la composante d'effort vertical Fz de la lame de coupe, et la seconde en suivant en continu et en temps réel l'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe par rapport à l'axe vertical.
[0043] Dans la première approche, le procédé selon l'invention prévoit au cours d'une étape S05 de déterminer en continu et en temps réel la variation d'amplitude de la composante d'effort vertical Fz de la lame de coupe à partir du torseur mécanique déterminé à l'étape S02.
[0044] En pratique, la variation d'amplitude de l'effort vertical de la lame de coupe au cours de la coupe du matériau est donnée par l'équation suivante :
[0045] [Math. 3] dans laquelle Fz est l'amplitude de l'effort vertical de la lame de coupe, My est l'amplitude du moment de tangage de la lame de coupe, Fx est l'amplitude de l'effort frontal de la lame de coupe, FY est l'amplitude de l'effort latéral appliqué à la lame, et L est l'épaisseur du matelas à découper.
[0046] Les amplitudes au cours du temps de la composante d'effort vertical Fz de la lame de coupe peuvent ainsi être aisément calculées et comparées à la valeur de seuil admissible par la lame de coupe déterminée à l'étape S03 (voir étape S06).
[0047] Dès que l'amplitude de la composante d'effort vertical Fz atteint la valeur de seuil admissible, l'algorithme selon l'invention déclenche automatiquement une alerte pour solliciter un cycle d'affûtage du fil tranchant de la lame de coupe.
[0048] Sur réception de cette alerte, l'opérateur va donc programmer une opération d'affûtage du fil tranchant de la lame de coupe à la fin du cycle de coupe (étape S07). A cet effet, quand une opération d'affûtage est déclenchée, la lame remonte et les bandes abrasives du système d'affûtage viennent affûter les deux faces du tranchant de la lame afin d'en reformer le fil.
[0049] Les figures 2A à 2C représentent différents exemples de courbes d'évolution de la composante d'effort vertical de différentes lames de coupe.
[0050] Les courbes représentées sur la figure 2A ont été obtenues avec les caractéristiques de lame de coupe et de paramètres de coupe suivantes :
- Matériau de la lame de coupe : acier rapide désigné sous le norme européenne HS 6-5-2
- Matière à découper : denim (à savoir un serge de coton utilisé pour la confection de « jeans »)
- Epaisseur du matelas à découper : 40mm (soit 40 plis de 1mm chacun)
[0051]Sur la figure 2A, l'abscisse correspond à la longueur de coupe Le (en m) et l'ordonnée à l'amplitude Fz de l'effort vertical de la lame de coupe (en N).
[0052] Les différentes courbes Cl à C5 sur la figure 2A correspondent à différentes configurations en termes de vitesse de coupe, de fréquence de vibration de la lame de coupe et d'angle de coupe qui sont énumérées dans le tableau ci- dessous.
[0053] [Table 1]
[0054]Cette figure 2A permet de mettre en évidence que, pour les courbes Cl à C3, la valeur de seuil admissible pour l'amplitude Fz de l'effort vertical de la lame de coupe est située autour de 380 N. Pour les courbes C4 et C5, cette valeur de seuil admissible est plus basse et se situe autour de 330 N. [0055] Ces paliers qui diffèrent en fonction des caractéristiques de lame de coupe et de paramètres de coupe témoignent d'une usure du fil tranchant de la lame de coupe.
[0056]Aussi, dès que l'amplitude Fz de l'effort vertical de la lame de coupe pour les paramètres d'entrée atteint cette valeur de seuil admissible, l'algorithme déclenche automatiquement une alerte pour programmer une opération d'affûtage du fil tranchant de la lame de coupe.
[0057] Les figures 2B et 2C sont des courbes d'évolution obtenues à partir d'autres caractéristiques en entrée, à savoir :
- Matériau de la lame de coupe : acier rapide désigné sous le norme européenne HS 4-3-8)
- Matière à découper : denim
- Epaisseur du matelas à découper : 40mm (soit 40 plis de 1mm chacun)
[0058] Les différentes courbes C6 à CIO sur les figures 2B et 2C correspondent aux configurations énumérées dans le tableau ci-dessous.
[0059] [Table 2]
[0060] Ces figures 2B et 2C permettent de mettre en évidence que, pour les courbes C6 à C8, la valeur de seuil admissible pour l'amplitude Fz de l'effort vertical de la lame de coupe est située autour de 380 N et, pour les courbes C9 et CIO, cette valeur de seuil admissible est plus basse et se situe autour de 330 N.
[0061] Dans la seconde approche, le procédé selon l'invention prévoit au cours d'une étape S05' de déterminer en continu et en temps réel la variation d'amplitude de l'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe par rapport à l'axe vertical. [0062] En effet, il a été démontré que l'introduction de l'axe central de la lame de coupe permet de synthétiser l'ensemble des composantes du torseur des actions mécaniques en une entité caractéristique de l'état de la lame durant la découpe. En particulier, il a été montré que l'inclinaison de l'axe central, lors d'une révolution complète de la lame, reflète l'aptitude de la lame à réaliser des découpes respectant les spécifications. En effet, l'utilisation de l'axe central associé à des critères de caractérisation de son évolution permet de qualifier l'aptitude de la lame à découper une matière souple.
[0063] L'amplitude de l'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe par rapport à l'axe vertical est obtenue par calcul à partir de l'ensemble des valeurs des composantes du torseur d'actions mécaniques, à savoir l'effort frontal Fx, l'effort latéral Fz, le moment de roulis Mx, le moment de tangage MY, et le moment de lacet Mz de la lame de coupe obtenues à l'étape S02, et l'effort vertical Fz obtenu à l'étape S05.
[0064] Les composantes d’actions mécaniques évoluent en fonction de l'usure du fil tranchant et de la dégradation du pouvoir coupant de la lame. L'évolution des efforts et des moments de coupe entraine une évolution du glisseur (la direction de l'axe central) du torseur des actions mécaniques. Les axes centraux suivent alors la direction de la résultante des efforts. Comme l'évolution de l'effort vertical Fz est plus importante que les autres composantes du torseur (Fx et FY), il est donc intéressant d'étudier l'évolution de la direction de l'axe central par rapport à l'axe vertical de mesure
[0065]Aussi, les variations d'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe par rapport à l'axe vertical sont calculées, pour chaque point P de coordonnées PtXj, PtYi, Ptzi de l'axe central, par l'équation suivante :
[0066] [Math. 4] dans laquelle Yz est l'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe par rapport à l'axe vertical et m représente le nombre de points d'acquisition par mesure.
[0067] Les amplitudes au cours du temps de l'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe peuvent ainsi être aisément calculées et comparées à la valeur de seuil admissible par la lame de coupe déterminée à l'étape S03 (voir étape S06).
[0068] Dès que l'amplitude de la composante d'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe atteint la valeur de seuil admissible, l'algorithme selon l'invention déclenche automatiquement une alerte pour solliciter un cycle d'affûtage du fil tranchant de la lame de coupe.
[0069] La figure 3 représente différents exemples de courbes d'évolution de l'inclinaison de l'axe central d'une même lame de coupe opérant avec différents paramètres de coupe.
[0070] Les courbes représentées sur la figure 3 ont été obtenues avec les paramètres de coupe suivants :
- Matière à découper : denim
- Epaisseur du matelas à découper : 40mm
[0071] Les différentes courbes Cil à C16 correspondent à différentes configurations en termes de vitesse de coupe, de fréquence de vibration de la lame de coupe et d'angle de coupe qui sont énumérées dans le tableau ci-dessous.
[0072] [Table 3] [0073]Cette figure 3 permet de mettre en évidence que la valeur de seuil admissible pour l'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe est située autour de 15° quelles que soient les paramètres de coupe et les caractéristiques de la lame. Ce palier témoigne d'une usure du fil tranchant de la lame de coupe.
[0074]Aussi, dès que l'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe pour les paramètres d'entrée atteint cette valeur de seuil admissible, l'algorithme déclenche automatiquement une alerte pour programmer une opération d'affûtage du fil tranchant de la lame de coupe.
[0075]Selon une disposition avantageuse de l'invention (applicable aux deux approches décrites précédemment), il peut être prévu de comparer les amplitudes de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil avant et après un cycle d'affûtage du fil tranchant de la lame de coupe afin de déterminer si les bandes d'affûtage de l'outil d'affûtage ont besoin d'être remplacées.
[0076] En effet, il a été constaté que la capacité de régénération du fil tranchant par les bandes d'affûtage diminue en fonction du nombre d'affûtages réalisés, ce qui se traduit par une valeur pour l'effort vertical Fz ou pour l'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe après une opération d'affûtage qui est de moins en moins éloignée de la valeur de seuil admissible préalablement déterminée.
[0077] Cette disposition avantageuse prévoit donc de déclencher automatiquement une alerte pour solliciter le changement des bandes d'affûtage de l'outil d'affûtage dès que la différence entre l'amplitude de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil après un cycle d'affûtage et l'amplitude de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil avant l'opération d'affûtage devient inférieur à un seuil prédéterminé.
[0078]Cette disposition avantageuse permet ainsi de déterminer le moment où les bandes d'affûtage devront être changées afin de conserver un pouvoir tranchant compatible avec les exigences de qualité et de ne pas augmenter de façon significative la fréquence des affûtages qui pénalisent la productivité des machines de coupe.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de pilotage automatique d'un déclenchement d'un affûtage du fil tranchant d'une lame de coupe pour machine de coupe d'un matelas de matière souple, comprenant :
- la détermination (S02) de composantes d'un torseur d'actions mécaniques au point de guidage de la lame de coupe dans le repère de la lame, les composantes comprenant : l'effort frontal, l'effort latéral, l'effort vertical, le moment de roulis, le moment de tangage, et le moment de lacet de la lame de coupe ;
- la détermination (S03) d'une valeur de seuil admissible pour une variable établie à partir de l'une au moins des composantes du torseur d'actions mécaniques et en fonction de paramètres géométriques de la lame de coupe et de caractéristiques d'épaisseur et de matière du matelas à découper ;
- le suivi au cours de la coupe du matériau de variations d'amplitudes de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil ; et
- le déclenchement automatique (S07) d'une alerte pour solliciter un cycle d'affûtage du fil tranchant de la lame de coupe dès que l'amplitude de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil atteint ladite valeur de seuil.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil correspond à la composante d'effort vertical (Fz) de la lame de coupe.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 2, dans lequel la variation d'amplitude de l'effort vertical de la lame de coupe au cours de la coupe du matériau est donnée par l'équation suivante :
[Math. 5] dans laquelle Fz est l'amplitude de l'effort vertical de la lame de coupe, Mx est l'amplitude du moment de tangage de la lame de coupe, Fx est l'amplitude de l'effort frontal de la lame de coupe, FY est l'amplitude de l'effort latéral appliqué à la lame, et L est l'épaisseur du matelas à découper.
[Revendication 4] Procédé selon la revendication 1, dans lequel la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil correspond à une inclinaison de l'axe central de la lame de coupe par rapport à l'axe vertical, les variations d'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe par rapport à l'axe vertical étant calculées à partir de l'ensemble des valeurs des composantes du torseur d'actions mécaniques.
[Revendication 5] Procédé selon la revendication 4, dans lequel les variations d'inclinaison de l'axe central de la lame de coupe par rapport à l'axe vertical sont calculées, pour chaque point P de coordonnées PtXi, PtYi, Pta de l'axe central, par l'équation suivante : [Math. 6]
1 Pixi2 + Ptyi2/ Yz = — ) arctan / pt .) m Z— i i r zi
1=1 dans laquelle m représente le nombre de points d'acquisition par mesure.
[Revendication 6] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre la comparaison des amplitudes de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil avant et après un cycle d'affûtage du fil tranchant de la lame de coupe afin de déterminer si les bandes d'affûtage de l'outil d'affûtage ont besoin d'être remplacées.
[Revendication 7] Procédé selon la revendication 6, comprenant en outre le déclenchement automatique d'une alerte pour solliciter le changement des bandes d'affûtage de l'outil d'affûtage dès que la différence entre l'amplitude de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil après un cycle d'affûtage et l'amplitude de la variable choisie pour déterminer la valeur de seuil avant l'opération d'affûtage devient inférieur à un seuil prédéterminé.
[Revendication 8] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel un cycle d'affûtage comprend une phase d'abrasion de chaque côté de la lame de coupe par des bandes d'affûtage afin notamment de diminuer le rayon du fil tranchant et d'augmenter sa rugosité.
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