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Les thèses de doctorat en préparation

Fiche résumé

Thèse de doctorat

M.
VIPREY
Fabien

LAVERNHE Sylvain
co encadrant

NOUIRA Hichem
co encadrant

TOURNIER Christophe
directeur de thèse
Laboratoire :
LURPA

Inscription en deuxième année de thèse

Titre :
Caractérisation et compensation des défauts de structure RRTTT pour la mesure in-process

Résumé

Ces travaux font suite au besoin des industriels de réaliser des mesures en ligne lors d'opération d'usinage mécanique en employant le moyen de production pour mesurer la pièce usinée (cas des machines CNC 5 axes). Cette approche peut se concevoir avec une double finalité, rendre la machine outil mesurante en garantissant la traçabilité des mesures et avec un niveau d'incertitude compatible avec les tolérances visées et/ou améliorer ses performances vis à vis de tolérances réduites.
La mesure obtenue par une machine outil est souvent affectée par les limitations des corrections géométriques intégrées, souvent obtenues dans des conditions assez éloignées des conditions réelles de service. En particulier les effets de l'environnement, de l'état thermique de la machine, son évolution au cours du temps, les modifications de structure liées au comportement dynamique, la maîtrise des trajectoires de l'outil de mesure sont autant de paramères qui limitent les performances d'une machine outils comme instrument de mesure.
Hormis quelques mesures réalisées sur des caractéristiques simples (exemple diamètres) il n'existe pas de procédure capable de corriger en temps quasi réel une machine réalisant une opération de mesure. Ces difficultés sont renforcées par le fait que les machines outils à commande numérique (MOCN), concernées par ce projet sont des machines 5 axes réalisant des produits complexes et travaillant dans des milieux non maîtrisés.
En conséquence, pour obtenir un niveau d'exactitude de mesure donné sur une MOCN, il est nécessaire de développer des procédures "d'étalonnage" spécifiques à ce type de machine dont la mise en oeuvre puisse être réalisée aisément dans le flot de production. Il a donc été décidé, dans ce projet de recourir à des étalons matériels adaptés aux besoins spécifiques (corrections volumique ou pour un type de pièce ou une caractéristique donnée) qui après mesure par la machine permettront de corriger ses défauts géométriques et de comportement (thermique, CN, dynamique).
La première action de ce projet sera une étude bibliographique détaillée afin de recenser les différents types de MOCN 5-axes et d'identifier les techniques de caractérisation normalisation, et pratiques industrielles. Pour approfondir cette étude, nous rencontrerons quelques industriels afin de mieux comprendre leurs problématiques et leurs pratiques.
Il s'en suivra un inventaire des erreurs géométriques d'une machine outils 5-axes (préalablement sélectionnée parmi celles recensées), une modélisation et une identification des paramètres à caractériser.
La définition et le développement d'un étalon matériel, ainsi que sa qualification, permettra de mettre en évidence les défauts géométriques de la machine dans différentes configurations dynamiques et thermiques tout en assurant la fonction de traçabilité.
La première action bibliographique au sujet des erreurs géométriques d'une machine-outil 5-axes ainsi que la proposition d'un modèle géométrique ont été menées. Ce modèle géométrique étant générique, sa mise en application sur la géométrie du centre d'usinage 5 axes du laboratoire a pu être réalisée. Cette conception d'une machine virtuelle avec défauts nous permet d'obtenir l'écart de position de l'effecteur en tout point du volume de travail de la machine et cela, quelles que soient les erreurs simulées en entrée.
La phase de simulation ayant été abordée, l'identification de certains paramètres du modèle (i.e. certaines erreurs) s'est faite grâce au développement d'une procédure de palpage d'une sphère étalon dans différentes configurations de la machine outil.
D'autres erreurs ont été identifiées par utilisation d'un Laser Tracer, en suivant une procédure de mesure par multilatération. Cette méthode est éprouvée et connue dans le cas des machines à mesurer tridimensionnelles et machines-outils. Les résultats de cette mesure par multilatération pourront être comparés à ceux obtenus par palpage de l'étalon matériel développé durant cette première année de thèse.
Un grand nombre d'erreurs géométriques sont présentes sur machines-outils 5 axes (54 pour celle du laboratoire). La littérature relatant sur des procédures et outils d'identification est vaste. En revanche, peu d'entre elles répondent au besoin d'identifier un grand nombre d'erreurs en peu de temps et peu de manipulations expérimentales, le tout dans un environnement "hostiles" d'atelier (variations de température, copeaux, fluides de coupes, etc.). Le développement de cet étalon pourrait être une réponse satisfaisante à ce besoin. Il reste à qualifier l'étalon matériel. Mais la définition d'un protocole de mesure et une mise en équation est en cours. Ces étapes nous permettront d'identifier un grand nombre d'erreurs géométriques (21 au minimum). Une fois identifiées par mesurage de l'étalon, ces erreurs seront comparées aux résultats obtenus par multilatération et par la procédure d'identification par palpage d'une sphère étalon.
Une compensation en temps réel de ces erreurs pourra enfin être développée.

Production scientifique

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