FR3117391A1 - Machining system comprising a tool holder capable of integrating sensors and/or actuators in a rotating frame - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un système d’usinage comprenant une électrobroche (10) sur laquelle peuvent être montés des porte-outils (PO1,PO2,PO3) pouvant contenir plusieurs types d’actionneur et/ou de capteur, et un organe d’acquisition de donnée et de contrôle permettant de réaliser l’acquisition de données provenant des capteurs par au moins un circuit de conditionnement de signal (Acq_1 - Acq_4) et le pilotage des actionneurs par au moins un circuit d’électronique de puissance (EP_1, EP_2), ledit système étant caractérisé en ce qu’il comprend une matrice de commutation (40) et un module de contrôle (31) adapté à recevoir une information d’identification unique du porte-outil monté sur l’électrobroche et à configurer une disposition de commutation de la matrice permettant de relier de manière sélective des voies de puissance et de données respectives du circuit d’électronique de puissance et du circuit de conditionnement au porte-outil identifié Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1The invention relates to a machining system comprising an electrospindle (10) on which can be mounted tool holders (PO1, PO2, PO3) which can contain several types of actuator and/or sensor, and an acquisition device of data and control making it possible to carry out the acquisition of data coming from the sensors by at least one signal conditioning circuit (Acq_1 - Acq_4) and the piloting of the actuators by at least one power electronic circuit (EP_1, EP_2) , said system being characterized in that it comprises a switching matrix (40) and a control module (31) adapted to receive unique identification information from the tool holder mounted on the electrospindle and to configure a layout of matrix switching to selectively connect respective power and data paths of the power electronics circuit and the conditioning circuit to the identified tool holder Figure to be published with abstract: Fig. 1
Description
L’invention concerne le domaine des machines-outils, en particulier les machines-outils à commande numérique. Elle concerne plus particulièrement un système d’usinage comprenant une broche ou une électrobroche apte à être alimentée et pilotée par intermédiaire d’au moins un circuit d’électronique de puissance, au moins un porte-outil apte à être monté à une extrémité de ladite électrobroche, le porte-outil étant agencé pour recevoir un outil d’usinage et étant adapté pour intégrer au moins un actionneur et/ou au moins un capteur, et un organe d’acquisition de donnée et de contrôle adapté pour réaliser l’acquisition de données provenant dudit au moins un capteur et le pilotage dudit au moins un actionneur.The invention relates to the field of machine tools, in particular numerically controlled machine tools. It relates more particularly to a machining system comprising a spindle or an electrospindle capable of being powered and controlled by means of at least one power electronic circuit, at least one tool holder capable of being mounted at one end of said electrospindle, the tool holder being arranged to receive a machining tool and being suitable for integrating at least one actuator and/or at least one sensor, and a data acquisition and control device suitable for carrying out the acquisition of data coming from said at least one sensor and the control of said at least one actuator.
Les processus d’usinage, tels que, à titre d’exemple, le perçage ou le fraisage, sont largement utilisés pour obtenir des pièces de forme complexe. Dans le contexte industriel, on cherche constamment à augmenter la productivité, la précision et la qualité des surfaces des pièces usinées. Par exemple, la méthode de perçage vibratoire s’inscrit dans la poursuite de ces objectifs, en ce qu’elle permet de fractionner les copeaux et ainsi faciliter leur évacuation. A cet égard, pouvoir modifier l’amplitude et/ou la fréquence des oscillations axiales en temps réel, afin d’adapter le processus de perçage aux conditions réelles de fonctionnement de la machine, nécessite d’avoir recours à des méthodes qui impliquent l’utilisation de capteurs et d’actionneurs. Ces méthodes dites actives, utilisées pour régler les caractéristiques dynamiques de l’usinage en fonction d’une réponse du système, sont donc mises en œuvre à travers d’un système mécatronique intégré à la chaîne d’usinage (capteur, contrôleur, actionneur).Machining processes, such as, for example, drilling or milling, are widely used to obtain complex shaped parts. In the industrial context, one constantly seeks to increase the productivity, the precision and the quality of the surfaces of the machined parts. For example, the vibratory drilling method is part of the pursuit of these objectives, in that it makes it possible to split the chips and thus facilitate their evacuation. In this respect, being able to modify the amplitude and/or the frequency of the axial oscillations in real time, in order to adapt the drilling process to the actual operating conditions of the machine, requires the use of methods which involve the use of sensors and actuators. These so-called active methods, used to adjust the dynamic characteristics of machining according to a response from the system, are therefore implemented through a mechatronic system integrated into the machining chain (sensor, controller, actuator) .
Ces méthodes de pilotage de processus d’usinage peuvent également être employées dans le cas du fraisage, où les vibrations peuvent entraîner une diminution de la durée de vie des outils de coupe et/ou de la machine, en plus de la dégradation de la qualité des surfaces générées. Aussi, des systèmes ont été développés pour répondre au besoin de détecter et combattre ces vibrations, à l’aide de capteurs et actionneurs intégrés dans un porte-outil spécialement conçu à cet effet, afin de satisfaire aux exigences industrielles précitées.These methods of controlling machining processes can also be used in the case of milling, where vibrations can lead to a reduction in the life of the cutting tools and/or the machine, in addition to the degradation of quality. generated surfaces. Also, systems have been developed to meet the need to detect and combat these vibrations, using sensors and actuators integrated into a tool holder specially designed for this purpose, in order to meet the aforementioned industrial requirements.
Cependant, on s’est rendu compte que le pilotage de processus d’usinage, pour s’avérer totalement efficace, nécessite de placer les capteurs et les actionneurs aussi près que possible du processus de coupe. D’où l’idée de placer des actionneurs et des capteurs en repère tournant au plus près de la zone de coupe en les intégrant au sein de porte-outils spéciaux, dits porte-outils mécatroniques. Du fait du placement des capteurs et des actionneurs en repère tournant, on prévoit des moyens de transmission de données et de puissance spéciaux, respectivement pour l’acquisition des données capteurs et pour l’alimentation et le pilotage des actionneurs, qui peuvent être réalisés par un collecteur tournant à une ou plusieurs voies.However, we realized that the control of machining processes, to be fully effective, requires placing sensors and actuators as close as possible to the cutting process. Hence the idea of placing actuators and sensors in a rotating reference frame as close as possible to the cutting area by integrating them into special tool holders, called mechatronic tool holders. Due to the placement of the sensors and the actuators in a rotating reference frame, special data and power transmission means are provided, respectively for the acquisition of the sensor data and for the supply and control of the actuators, which can be carried out by a slip ring with one or more channels.
Cette solution de porte-outils mécatroniques peut avantageusement se décliner en plusieurs gammes de porte-outils, adaptées aux objectifs et aux tâches particulières que l’on peut se proposer de mettre en œuvre, tels que le perçage vibratoire, la surveillance d’usure, le contrôle actif de vibrations, etc.This solution of mechatronic toolholders can advantageously be broken down into several ranges of toolholders, adapted to the specific objectives and tasks that can be proposed to be implemented, such as vibratory drilling, wear monitoring, active vibration control, etc.
Toutefois, lors du changement d’un tel porte-outil, se pose le problème du pilotage des actionneurs intégrés et de l’acquisition des données des capteurs intégrés, ces éléments pouvant remplir des fonctionnalités très différentes d’un porte-outil à l’autre. Aussi, les moyens de transmission de données et de puissance de la machine, respectivement pour l’acquisition des données capteurs et pour l’alimentation et le pilotage des actionneurs embarqués, doivent être configurés de manière à s’adapter à la configuration interne propre à chaque porte-outil mécatronique suivant les fonctionnalités pour lesquelles il a été conçu.However, when changing such a tool holder, the problem arises of controlling the integrated actuators and acquiring data from the integrated sensors, these elements being able to perform very different functions from one tool holder to another. other. Also, the data and power transmission means of the machine, respectively for the acquisition of sensor data and for the supply and control of the on-board actuators, must be configured in such a way as to adapt to the internal configuration specific to each mechatronic tool holder according to the functions for which it was designed.
Dans ce contexte, il existe un besoin pour pouvoir réaliser une telle configuration de manière optimisée et automatisée, tout en assurant la possibilité de connecter un nombre important de technologies de capteurs et d’actionneurs, qui pourrait même évoluer dans le temps.In this context, there is a need to be able to achieve such a configuration in an optimized and automated way, while ensuring the possibility of connecting a large number of sensor and actuator technologies, which could even evolve over time.
A cette fin, l’invention concerne un système d’usinage comprenant une électrobroche apte à être alimentée et pilotée par intermédiaire d’au moins un circuit d’électronique de puissance, au moins un porte-outil apte à être monté à une extrémité de ladite électrobroche, le porte-outil étant agencé pour recevoir un outil d’usinage et étant adapté pour intégrer au moins un actionneur et/ou au moins un capteur, et un organe d’acquisition de donnée et de contrôle adapté pour réaliser l’acquisition de données provenant dudit au moins un capteur par au moins un circuit de conditionnement de signal et le pilotage dudit au moins un actionneur par ledit au moins un circuit d’électronique de puissance, au travers d’une connectique dudit porte-outil apte à coopérer avec une connectique complémentaire de moyens de transmission de données et de puissance reliés audit au moins un circuit de conditionnement et audit au moins un circuit d’électronique de puissance, ledit système étant caractérisé en ce qu’il comprend une matrice de commutation comportant une pluralité de sorties reliées à des voies d’entrée respectives des moyens de transmission de données et de puissance, et une pluralité d’entrées reliées à des voies de puissance et de données respectives dudit au moins un circuit d’électronique de puissance et dudit au moins un circuit de conditionnement, ledit système comprenant un module de contrôle adapté à recevoir une information d’identification unique dudit porte-outil monté sur l’électrobroche et à configurer une disposition de commutation de la matrice permettant de coupler de manière sélective lesdites voies de puissance et de données auxdites voies d’entrée pour adapter les moyens de transmission de données et de puissance à la connectique du porte-outil identifié.To this end, the invention relates to a machining system comprising an electrospindle capable of being powered and controlled by means of at least one power electronic circuit, at least one tool holder capable of being mounted at one end of said electrospindle, the tool holder being arranged to receive a machining tool and being adapted to integrate at least one actuator and/or at least one sensor, and a data acquisition and control device adapted to carry out the acquisition of data coming from said at least one sensor by at least one signal conditioning circuit and the control of said at least one actuator by said at least one power electronic circuit, through a connection of said tool holder able to cooperate with complementary connectors of data and power transmission means connected to said at least one conditioning circuit and to said at least one power electronics circuit, said system being characterized in that that it comprises a switching matrix comprising a plurality of outputs connected to respective input channels of the data and power transmission means, and a plurality of inputs connected to respective power and data channels of said at least a power electronics circuit and said at least one conditioning circuit, said system comprising a control module adapted to receive unique identification information from said tool holder mounted on the electrospindle and to configure a switching arrangement of the matrix making it possible to selectively couple said power and data channels to said input channels to adapt the data and power transmission means to the connectors of the identified tool holder.
Avantageusement, une partie desdites voies d’entrée est affectée au pilotage de l’actionneur et une autre partie est affectée à l’acquisition des données de capteur.Advantageously, part of said input channels is assigned to controlling the actuator and another part is assigned to acquiring sensor data.
Avantageusement, ledit porte-outil comprend des moyens d’identification sous forme d’une étiquette électronique stockant ladite information d’identification unique, apte à être lue à distance par un lecteur associé audit organe d’acquisition de donnée et de contrôle.Advantageously, said tool holder comprises identification means in the form of an electronic tag storing said unique identification information, able to be read remotely by a reader associated with said data acquisition and control device.
Avantageusement, ledit organe d’acquisition de donnée et de contrôle comprend une mémoire stockant une pluralité de services logiciels associés à une pluralité respective de porte-outils aptes à être montés sur ladite électrobroche.Advantageously, said data acquisition and control unit comprises a memory storing a plurality of software services associated with a respective plurality of tool holders capable of being mounted on said electrospindle.
Avantageusement, ledit organe d’acquisition de donnée et de contrôle est adapté à sélectionner le service logiciel associé au porte-outil identifié en fonction de l’information d’identification unique, et est adapté à charger ledit service logiciel sélectionné dans ledit module de contrôle, l’exécution dudit service logiciel dans ledit module de contrôle permettant de contrôler l’acquisition des données provenant dudit au moins un capteur et le pilotage dudit au moins un actionneur selon la disposition de commutation configurée.Advantageously, said data acquisition and control unit is suitable for selecting the software service associated with the identified tool holder according to the unique identification information, and is suitable for loading said selected software service into said control module , the execution of said software service in said control module making it possible to control the acquisition of data coming from said at least one sensor and the piloting of said at least one actuator according to the configured switching arrangement.
Avantageusement, lesdits moyens de transmission de données et de puissance comportent un collecteur tournant comprenant une bague conductrice sur laquelle s’appuient des balais établissant les connexions avec lesdites voies d’entrée, ledit collecteur tournant connectant ledit au moins un capteur et ledit au moins un actionneur à l’aide de connexions électriques et transmettant les signaux reçus auxdites voies d’entrée.Advantageously, said data and power transmission means comprise a slip ring comprising a conductive ring on which brushes are supported establishing the connections with said input channels, said slip ring connecting said at least one sensor and said at least one actuator using electrical connections and transmitting the received signals to said input channels.
Avantageusement, le module de contrôle est adapté à piloter le débrayage du ou des balais correspondant aux voies d’entrée non utilisées selon ladite disposition de commutation configurée.Advantageously, the control module is suitable for controlling the disengagement of the brush(es) corresponding to the unused input channels according to said configured switching arrangement.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will emerge clearly from the description which is given below, by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which:
La
Le système de porte-outil de l’invention est destiné à recevoir une pluralité de porte-outils mécatroniques tels que le porte-outil PO1, en l’occurrence trois selon l’exemple de la
Un autre porte-outil PO3 de surveillance peut également être prévu pour être monté sur l’électrobroche 10. Ce porte-outil PO3 est plus précisément destiné à caractériser des perturbations pouvant se produire pendant l’opération de perçage, ici des vibrations subies par l’outil préférentiellement dans les deux directions radiales et dans la direction axiale.Another PO3 monitoring tool holder can also be provided to be mounted on the electrospindle 10. This PO3 tool holder is more specifically intended to characterize disturbances that may occur during the drilling operation, here vibrations undergone by the tool preferentially in the two radial directions and in the axial direction.
De façon générale, l’invention peut s’appliquer pour tout porte-outil mécatronique intégrant des capteurs pour caractériser des perturbations ou surveiller des phénomènes lors de l’opération d’usinage et des actionneurs afin d’appliquer une force, par exemple de correction, sur la structure.In general, the invention can be applied to any mechatronic tool holder integrating sensors to characterize disturbances or monitor phenomena during the machining operation and actuators in order to apply a force, for example correction , on the structure.
Les portes-outils PO1, PO2, PO3 sont chacun destinés à être montés sur la tête de l’électrobroche 10 par l’intermédiaire d’une interface normalisée, par exemple une interface de type HSK, adaptée pour permettre la transmission de données et de puissance au travers d’une connectique du porte-outil, spécifique à chaque porte-outil, pour l’acquisition des données du ou des capteurs intégrés au porte-outil et l’alimentation et le pilotage du ou des actionneurs intégrés au porte-outil. Ainsi, chaque porte-outil PO1, PO2, PO3 est pourvu d’une connectique spécifique I2 apte à coopérer avec une connectique complémentaire I1 reliée à des moyens de transmission de données et de puissance 20 solidaires de l’électrobroche 10.The tool holders PO1, PO2, PO3 are each intended to be mounted on the head of the electrospindle 10 via a standardized interface, for example an HSK type interface, adapted to allow the transmission of data and power through a tool holder connector, specific to each tool holder, for the acquisition of data from the sensor(s) integrated into the tool holder and the supply and control of the actuator(s) integrated into the tool holder . Thus, each tool holder PO1, PO2, PO3 is provided with a specific connector I2 capable of cooperating with a complementary connector I1 connected to data and power transmission means 20 integral with the electrospindle 10.
Ainsi, selon l’exemple, la connectique du porte-outil PO1 comporte une voie de puissance, constituée par deux ports de puissance (port positif et port négatif) pour l’actionneur, conçus pour se raccorder à un circuit d’électronique de puissance du système pour recevoir les signaux de puissance, une voie constituée de deux ports (port positif et port négatif) pour le capteur de force, conçus pour se raccorder à un premier circuit de conditionnement de signal du système pour transmettre les signaux de mesure du capteur et une voie constituée de deux ports (port positif et port négatif) pour le thermocouple, conçus pour se raccorder à un deuxième circuit de conditionnement de signal du système pour transmettre les signaux de mesure du thermocouple.Thus, according to the example, the connection of the tool holder PO1 comprises a power path, consisting of two power ports (positive port and negative port) for the actuator, designed to be connected to a power electronics circuit of the system to receive the power signals, a path consisting of two ports (positive port and negative port) for the force sensor, designed to connect to a first signal conditioning circuit of the system to transmit the measurement signals of the sensor and a path consisting of two ports (positive port and negative port) for the thermocouple, designed to connect to a second signal conditioning circuit of the system to transmit the thermocouple measurement signals.
La connectique du porte-outil PO2 comporte trois voies constituées de six ports pour le capteur d’effort, conçus pour se raccorder à un premier circuit de conditionnement de signal du système pour transmettre les signaux de mesure du capteur, respectivement suivant les trois axes, et une voie constituée de deux ports pour le thermocouple, conçus pour se raccorder à un deuxième circuit de conditionnement de signal du système pour transmettre les signaux de mesure du thermocouple.The connectors of the PO2 tool holder have three channels consisting of six ports for the force sensor, designed to be connected to a first signal conditioning circuit of the system to transmit the measurement signals from the sensor, respectively along the three axes, and a channel consisting of two thermocouple ports designed to connect to a second system signal conditioning circuit to transmit the thermocouple measurement signals.
La connectique du porte-outil PO3 comporte quant à elle trois voies constituées de six ports pour le capteur de vibration, conçus pour se raccorder à un circuit de conditionnement de signal du système pour transmettre les signaux de mesure du capteur, respectivement suivant les trois axes.The connection of the PO3 tool holder has three channels made up of six ports for the vibration sensor, designed to be connected to a signal conditioning circuit of the system to transmit the measurement signals from the sensor, respectively along the three axes. .
Aussi, la connectique complémentaire des moyens de transmission de données et de puissance 20 de l’électrobroche 10 doit pouvoir s’adapter à la connectique spécifique de chaque porte-outil mécatronique destiné à être monté sur l’électrobroche.Also, the additional connectors of the data and power transmission means 20 of the electrospindle 10 must be able to adapt to the specific connectors of each mechatronic tool holder intended to be mounted on the electrospindle.
Du fait du placement des capteurs et des actionneurs en repère tournant, les moyens de transmission de données et de puissance 20, respectivement pour l’acquisition des données capteurs et pour l’alimentation et le pilotage des actionneurs, peuvent être réalisés par un collecteur tournant. Le collecteur tournant comprend une ou plusieurs bagues conductrices sur laquelle s’appuient des balais établissant les connexions avec des ports d’entrée du collecteur tournant.Due to the placement of the sensors and the actuators in a rotary reference, the data and power transmission means 20, respectively for the acquisition of the sensor data and for the supply and control of the actuators, can be produced by a slip ring . The slip ring comprises one or more conductive rings on which the brushes rest establishing the connections with the slip ring input ports.
Aussi, la transmission de donnée et de puissance entre d’une part, les circuits de conditionnement et d’électronique de puissance du système et le porte-outil monté sur l’électrobroche, est effectuée au travers du collecteur tournant. Ce dernier doit pouvoir transmettre les signaux adéquats depuis et vers les différents ports du porte-outil en fonction de la configuration de la connectique du porte-outil.Also, the transmission of data and power between, on the one hand, the conditioning and power electronics circuits of the system and the tool holder mounted on the electrospindle, is carried out through the slip ring. The latter must be able to transmit the appropriate signals from and to the various ports of the tool holder according to the configuration of the connectors of the tool holder.
Pour ce faire, chaque porte-outil est préférentiellement pourvu d’une étiquette électronique ou d’un tag RFID ou de tout autre dispositif de ce type stockant une information d’identification unique du porte-outil, et qui peut être lu à distance par un lecteur approprié associé par exemple à la commande numérique 30 du système ou, en variante, avec un contrôleur dédié communiquant avec les commande numérique. Ainsi, lorsque le tag RFID du porte-outil se trouve dans le rayon d’action du lecteur, le tag est activé et fournit l’information d’identification unique stockée. Cette information d’identification unique du porte-outil peut ainsi être obtenue aisément via le lecteur associé à la commande numérique 30 du système, lors du changement de porte-outil. Cette information d’identification unique du porte-outil permet de fournir la configuration de la connectique du porte-outil, dès lors que la configuration associée à ce porte-outil a été préalablement renseignée dans une base de données constituée à cet effet.To do this, each tool holder is preferably provided with an electronic label or an RFID tag or any other device of this type storing unique identification information of the tool holder, and which can be read remotely by a suitable reader associated for example with the digital control 30 of the system or, alternatively, with a dedicated controller communicating with the digital controls. Thus, when the tool holder's RFID tag is within range of the reader, the tag is activated and provides the stored unique identification information. This unique identification information of the tool holder can thus be obtained easily via the reader associated with the digital control 30 of the system, when changing the tool holder. This unique identification information of the tool holder makes it possible to provide the configuration of the connectors of the tool holder, since the configuration associated with this tool holder has been previously entered in a database created for this purpose.
Le mode de réalisation décrit en référence à la
Selon le mode de réalisation de la
En fonction du porte-outil monté sur l’électrobroche, le pilotage de l’actionneur intégré et l’acquisition des données des capteurs intégrés nécessitent de relier, au travers du collecteur tournant, la connectique spécifique des ports du porte-outil aux voies de puissance et de données appropriées à cette connectique, des circuits d’électronique de puissance et de conditionnement.Depending on the tool holder mounted on the electrospindle, the control of the integrated actuator and the acquisition of data from the integrated sensors require the connection, through the slip ring, of the specific connectors of the tool holder ports to the power and data appropriate for this connection, power and conditioning electronic circuits.
Pour ce faire, les voies de puissance et de données des circuits d’électronique de puissance EP_1 et EP_2 et de conditionnement Acq_1 à Acq_4 sont reliées aux voies d’entrée du collecteur tournant 20 par l’intermédiaire d’une matrice de commutation 40. La matrice de commutation 40 comporte une pluralité de sorties, s1 à s12 selon l’exemple, reliées aux voies d’entrée respectives du collecteur tournant 20, et une pluralité d’entrées, e1 à e13 selon l’exemple, reliées aux voies de puissance et de données respectives des circuits d’électronique de puissance EP_1 et EP_2 et de conditionnement Acq_1 à Acq_4.To do this, the power and data channels of the power electronic circuits EP_1 and EP_2 and of the conditioning circuits Acq_1 to Acq_4 are connected to the input channels of the slip ring 20 via a switching matrix 40. The switching matrix 40 comprises a plurality of outputs, s1 to s12 according to the example, connected to the respective input channels of the slip ring 20, and a plurality of inputs, e1 to e13 according to the example, connected to the respective power and data of the power electronic circuits EP_1 and EP_2 and conditioning circuits Acq_1 to Acq_4.
Le nombre de sorties de la matrice de commutation 40 est ainsi imposé par l’électrobroche et plus précisément par le nombre de voies d’entrée du collecteur tournant 20 de l’électrobroche 10, égal à 12 selon l’exemple de la
La matrice de commutation est avantageusement évolutive. Aussi, on doit pouvoir rajouter des lignes d’entrée/sortie en fonction des besoins et si un nouveau type d’actionneur ou de capteur devra être intégré.The switching matrix is advantageously scalable. Also, it must be possible to add input/output lines according to the needs and if a new type of actuator or sensor will have to be integrated.
La matrice de commutation 40 est préférentiellement associée à un module auxiliaire de commande 50, qui est piloté par le module de contrôle 31, pour coupler de manière sélective les voies de puissance et de données aux voies d’entrée du collecteur tournant pour configurer une disposition de commutation de la matrice permettant d’adapter le collecteur tournant à la connectique du porte-outil monté sur l’électrobroche.The switching matrix 40 is preferably associated with an auxiliary control module 50, which is driven by the control module 31, to selectively couple the power and data channels to the input channels of the slip ring to configure a layout. switching of the matrix allowing the slip ring to be adapted to the connectors of the tool holder mounted on the electrospindle.
La matrice de commutation 40 est composée d’une pluralité de cellules de commutation {Cij}i=1...m, j=1...n, m=13 et n=12 dans l’exemple de la
Ainsi, à la réception de l’information d’identification unique du porte-outil lors du changement de porte-outil, la commande numérique du système communique cette information au module de contrôle 31, lequel va piloter le module de commande 50 de la matrice de commutation 40 pour configurer la disposition de commutation souhaitée des cellules de commutation, correspondant à la connectique spécifique du porte-outil. Le pilotage du module de commande de la matrice de commutation peut être assuré soit par un bus numérique de communication, soit en utilisant un nombre de lignes d’entrées/sorties dédiées, égal au nombre de cellules de la matrice. De cette manière, le module de contrôle 31 fait commuter les cellules de commutation de la matrice en accord avec l’information d’identification unique du porte-outil obtenu lors du changement de porte-outil.Thus, upon receipt of the unique identification information of the tool holder when changing the tool holder, the numerical control of the system communicates this information to the control module 31, which will control the control module 50 of the matrix switch 40 to configure the desired switching arrangement of the switching cells, corresponding to the specific connection of the tool holder. The switching matrix control module can be controlled either by a digital communication bus or by using a number of dedicated input/output lines equal to the number of cells in the matrix. In this way, the control module 31 switches the switching cells of the matrix in accordance with the unique identification information of the tool holder obtained during the tool holder change.
A titre d’exemple, une configuration possible de la matrice de commutation pour le porte-outil PO1 consiste à commander à l’état fermé les cellules de commutation C4,1, C5,2, C6,5, C7,6, C12,11,et C13,12 et à commander à l’état ouvert toutes les autres cellules. Ainsi, selon cette disposition de commutation de la matrice, les deux voies d’entrée du collecteur tournant 20 correspondant aux sorties s1 et s2 de la matrice, prévues pour alimenter les ports de puissance du porte-outil PO1, sont reliées à travers les cellules de commutation C4,1, C5,2 à l’état fermé aux deux voies de sortie de puissance du circuit d’électronique de puissance EP_2 reliées aux entrées e4 et e5 de la matrice. Également, les deux voies d’entrée du collecteur tournant 20 correspondant aux sorties s5 et s6 de la matrice, prévues pour être reliées aux ports d’acquisition de données du capteur de force du porte-outil PO1, sont reliées à travers les cellules de commutation C6,5, C7,6 à l’état fermé aux deux voies de données du circuit de conditionnement Acq_1 reliées aux entrées e6 et e7 de la matrice. Enfin, les deux voies d’entrée du collecteur tournant 20 correspondant aux sorties s11 et s12 de la matrice, prévues pour être reliées aux ports d’acquisition de données du thermocouple du porte-outil PO1, sont reliées à travers les cellules de commutation C12,11,et C13,12 à l’état fermé aux deux voies de données du circuit de conditionnement Acq_4 reliées aux entrées e12 et e13 de la matrice. La
Avantageusement, une partie des voies d’entrée du collecteur tournant 20 est privilégiée pour piloter l’actionneur, tandis qu’une autre partie est privilégiée pour la communication avec les capteurs. Ainsi, une première partie des voies d’entrée du collecteur tournant 20 est affectée à la transmission des signaux de puissance pour le pilotage de l’actionneur intégré au porte-outil et une seconde partie est quant à elle affectée à l’acquisition des données de capteur. Selon l’exemple, les voies d’entrée reliées aux sorties s1 et s2 sont celles privilégiées pour piloter l’actionneur piézoélectrique intégré au porte-outil.Advantageously, part of the input channels of slip ring 20 is privileged for driving the actuator, while another part is privileged for communication with the sensors. Thus, a first part of the input channels of slip ring 20 is assigned to the transmission of power signals for controlling the actuator integrated in the tool holder and a second part is assigned to the acquisition of data. of sensor. According to the example, the input channels connected to outputs s1 and s2 are the preferred ones for controlling the piezoelectric actuator integrated in the tool holder.
Selon un mode de réalisation particulier, le nombre de voies affectées aux capteurs intégrés au porte-outil peut être réduit par multiplexage des voies côté porte-outil, puis démultiplexage dans le module de contrôle. Ainsi, par exemple, on peut transmettre toutes les données issues des capteurs embarqués sur une seule voie physique plutôt que plusieurs voies.According to a particular embodiment, the number of channels assigned to the sensors integrated in the tool holder can be reduced by multiplexing the channels on the tool holder side, then demultiplexing in the control module. Thus, for example, all the data from the on-board sensors can be transmitted over a single physical channel rather than several channels.
Dans la mesure où le collecteur tournant est doté de la capacité à débrayer piste par piste, le module de contrôle 31 est en outre adapté à piloter le soulèvement des balais du collecteur tournant correspondant aux voies d’entrée non utilisées dans la disposition de commutation configurée. En l’occurrence, pour le porte-outil PO1, il s’agit des voies d’entrée reliées aux lignes de sortie s3, s4, s7, s8, s9 et s10 de la matrice de commutation. Autrement dit, ici, on a seulement 6 pistes sur 12 utilisées. On peut donc soulever les balais de ces pistes non utilisées. Cette disposition est particulièrement avantageuse pour augmenter la durée de vie des balais du collecteur tournant. Selon un mode de réalisation particulier, dans un cas où on utilise un porte-outil classique monté sur l’électrobroche, n’intégrant ni capteurs, ni actionneurs, ou bien encore si le porte-outil mécatronique monté sur l’électrobroche n’utilise pas la fonction mécatronique, le module de contrôle 31 pourra commander le débrayage de toutes les pistes du collecteur tournant pour préserver la durée de vie des balais.Insofar as the slip ring is equipped with the ability to disengage track by track, the control module 31 is further adapted to control the lifting of the brushes of the slip ring corresponding to the input channels not used in the configured switching arrangement. . In this case, for the PO1 tool holder, these are the input channels connected to the output lines s3, s4, s7, s8, s9 and s10 of the switching matrix. In other words, here, we only have 6 tracks out of 12 used. It is therefore possible to lift the brushes of these unused tracks. This arrangement is particularly advantageous for increasing the life of the brushes of the rotary commutator. According to a particular embodiment, in a case where a conventional tool holder mounted on the electrospindle is used, integrating neither sensors nor actuators, or even if the mechatronic tool holder mounted on the electrospindle does not use not the mechatronic function, the control module 31 can control the disengagement of all the tracks of the slip ring to preserve the life of the brushes.
Toujours à titre d’exemple, une configuration possible de la matrice de commutation pour le porte-outil PO2 consiste à commander à l’état fermé les cellules de commutation C6,1, C7,2, C6,5,C8,3, C9,4, C10,5, C11,6, C12,6et C13,8et à commander à l’état ouvert toutes les autres cellules.Still by way of example, a possible configuration of the switching matrix for the tool holder PO2 consists in controlling the switching cells C 6.1 , C 7.2 , C 6.5 , C8, in the closed state, 3 , C 9.4 , C 10.5 , C 11.6 , C 12.6 and C 13.8 and to control all the other cells in the open state.
Enfin, une configuration possible de la matrice de commutation pour le porte-outil PO3 consiste à commander à l’état fermé les cellules de commutation C6,1, C7,2, C6,5,C8,3, C9,4, C10,5, C11,6, et à commander à l’état ouvert toutes les autres cellules.Finally, a possible configuration of the switching matrix for the tool holder PO3 consists in controlling the closed state of the switching cells C 6.1 , C 7.2 , C 6.5 , C8.3 , C 9 , 4 , C 10.5 , C 11.6 , and to control all the other cells in the open state.
Ainsi, lors d’un changement de porte-outil, la commande numérique du système identifie le porte-outil actif grâce à l’information d’identification unique stockée par exemple dans le tag RFID équipant tous les porte-outils. Cette information est communiquée au module de contrôle 31 qui va piloter, via le module de commande 40 de la matrice de commutation, la commutation des cellules de commutation correspondantes, selon les principes exposés ci-dessus.Thus, during a change of tool holder, the numerical control of the system identifies the active tool holder thanks to the unique identification information stored for example in the RFID tag fitted to all the tool holders. This information is communicated to the control module 31 which will control, via the control module 40 of the switching matrix, the switching of the corresponding switching cells, according to the principles set out above.
Également, la commande numérique est adaptée à sélectionner le service logiciel associé au porte-outil actif identifié en fonction de l’information d’identification unique et va commander de charger le service logiciel associé au porte-outil actif dans le module de contrôle. La commande numérique comprend ainsi une mémoire stockant une pluralité de services logiciels associés à une pluralité respective de porte-outils aptes à être montés sur ladite électrobroche. L’exécution du service logiciel dans le module de contrôle va alors permettre d’implémenter les fonctionnalités pour lesquelles le porte-outil a été conçu et en particulier, va permettre de contrôler l’acquisition des données provenant du ou des capteurs et le pilotage de l’actionneur selon la disposition de commutation configurée.Also, the numerical control is adapted to select the software service associated with the active tool holder identified according to the unique identification information and will command to load the software service associated with the active tool holder in the control module. The numerical control thus comprises a memory storing a plurality of software services associated with a respective plurality of tool holders capable of being mounted on said electrospindle. The execution of the software service in the control module will then make it possible to implement the functionalities for which the tool holder was designed and in particular, will make it possible to control the acquisition of data from the sensor(s) and the control of the actuator according to the configured switching arrangement.
Le système présente ainsi l’avantage d’une grande souplesse, puisqu’un nouveau porte-outil mécatronique peut être introduit dans le système simplement en chargeant un nouveau programme dans la commande numérique ou le contrôleur dédié. De surcroît, le système pourra s’adapter à la connectique spécifique requise pour le porte-outil grâce à la matrice de commutation, commandée en fonction de l’information d’identification unique du porte-outil, dont la disposition de commutation va permettre de relier de manière sélective les voies de puissance et de données respectives des circuits d’électronique de puissance et de conditionnement au porte-outil identifié.The system thus has the advantage of great flexibility, since a new mechatronic tool holder can be introduced into the system simply by loading a new program into the numerical control or the dedicated controller. In addition, the system will be able to adapt to the specific connection required for the tool holder thanks to the switching matrix, controlled according to the unique identification information of the tool holder, whose switching arrangement will make it possible to selectively connecting the respective power and data channels of the power electronics and conditioning circuits to the identified tool holder.
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