Apport de la mesure in-situ pour la maîtrise de la qualité des surfaces fabriquées

Abstract : Currently, complex parts are produced by more and more automated methods, using 5-axis machine tool or robots. The manufacturing process is based on the definition of a process planning and is divided into different steps from the definition of design requirements. At each step, geometric deviations between the desired shape and the form obtained may appear. Thus the monitoring of manufacturing processes is necessary, requiring 100% of parts checked during the phase of stabilization of the process. So, this work focuses on controlling the quality of the surfaces produced in order to improve the manufacturing process Thus, defining the parameters of the manufacturing strategy is a key element in the manufacturing process. The first part of this work is devoted to improve the prediction of the surface topography generated by the machining process. Another aspect of this work on improvement of the surface quality is focused on the integration of control operations within the machine tool in order to achieve a so-called in-situ measurement. Finally, the last part of the work are aimed to provide digitizing strategies minimizing the number of sensor configurations and the amount of data acquired while controlling quality.Résumé : Actuellement, les pièces de formes complexes sont réalisées par des procédés de plus en plus automatisés, à l'aide de machines outil à 5 axes ou de robots. Le processus de fabrication s'appuie sur la définition d'une gamme de fabrication et se décompose en différentes étapes à partir de la définition du cahier des charges. À chacune de ces étapes, des écarts géométriques entre la forme souhaitée et la forme obtenue peuvent apparaître. La surveillance des procédés de fabrication est donc nécessaire, nécessitant même une mesure à 100% des pièces produites lors de la phase de la stabilisation du processus. Ainsi, mes travaux portent sur maîtrise de la qualité des surfaces produites en vue d'améliorer le procédé de fabrication. Ainsi, la définition des paramètres de la stratégie de fabrication est un élément déterminant dans le processus de fabrication. La première partie de mes travaux est consacrée à l'amélioration de la prédiction de la topographie des surfaces générées par le procédé d'usinage. Un autre aspect des travaux sur l'amélioration de la qualité des surfaces concerne l'intégration des opérations de contrôle au sein du moyen de production, afin de réaliser une mesure dite in-situ. Enfin, la dernière partie des travaux réalisés ont pour objectifs de proposer des stratégies de numérisation minimisant le nombre de configurations capteur et la quantité de données acquises tout en contrôlant la qualité

Defining scanning trajectory for on-machine inspection using a laser-plane scanner

International audienceScan path planning for on-machine inspection in a 5-axis machine tool is still a challenge to measure part geometry in a minimum amount of time with a given scanning quality. Indeed, as the laser-plane scanner takes the place of the cutting tool, the time allocated to measurement must be reduced, but not at detrimental of the quality. In this direction, this paper proposes a method for scan path planning in a 5-axis machine tool with the control of scanning overlap. This method is an adaptation of a method dedicated to a robot that has proved its efficiency for part inspection

Méthodologie pour la génération d'opérations d'ébauche 5 axes

International audiencela définition des opérations d'ébauche de formes complexes est un élément clé pour l'amélioration du processus de fabrication des pièces. Ces opérations doivent maximiser le débit de matière retiré et réduire le temps global de fabrication en supprimant les reprises d'ébauches avant les opérations de finition. Dans ce contexte, le recours aux opérations 5 axes permet d'améliorer l'accessibilité de l'outil dans des zones en contre-dépouille, minimisant ainsi le volume de matière restant. Nous proposons donc une étude de différentes techniques de génération des trajectoires d'ébauche en fraisage 5 axes de pièces complexes de l'industrie aéronautique afin d'établir une optimisation des stratégies pour ce type d'opération. Ayant défini l'ébauche comme le balayage d'un volume de matière à retirer de la pièce, une première étape consiste à extraire ce volume à partir de la géométrie des pièces brutes et finies. Chacune des faces du volume extrait est alors analysée puis classée selon qu'elle permette l'accessibilité de l'outil sans collisions ou non. L'étape suivante aborde le partitionnement du volume extrait en sous-volumes afin d'évaluer la stratégie de balayage utilisée. Ce découpage s'appuie sur des surfaces telles que des offsets des bords du volume et des surfaces canoniques (plans, cylindres, etc.) générées par les mouvements articulaires. La dernière étape analyse alors les techniques de balayage d'un sous-volume en intégrant l'accessibilité des faces par l'outil et ainsi définir la solution adaptée en se basant sur des critères tels que le volume restant, la longueur de la trajectoire d'ébauche ou le débit de copeau. Mots clés : usinage 5 axes, ébauche, partitionnement de volume, génération de trajectoires

Trajectoire de numérisation pour mesure On-Machine sur MOCN 5 axes

International audienceL'objectif des travaux présentés est de proposer une méthode de planification de trajectoire de numérisation pour la mesure on-machine (On-machine Measurement-OMM) dans une machine-outil 5 axes. Compte tenu des 5 degrés de liberté et de la rotation de la broche, il est possible d'améliorer l'accessibilité du capteur. Le capteur laser-plan positionné dans la broche permet de réduire le temps de mesure ; permettant ainsi une prise de décision rapide concernant la conformité géométrique de la pièce fabriquée et les corrections d'usinage potentielles. La planification de trajectoire de numérisation est basée sur le contrôle du recouvrement entre deux passes consécutives en gérant les orientations et le taux de couverture du faisceau laser. Par conséquent, la qualité et le temps de numérisation peuvent être contrôlés en optimisant les zones de recouvrement. Cette méthode est une adaptation pour une machine-outil à 5 axes résultant d'une méthode précédente développée pour un robot à 6 axes. Mots-clés-Mesure on-machine, Capteur laser plan, Recouvrement, Machine-outil 5 axes, Numérisatio

Polymer powder bed fusion surface texture measurement

Polymer laser powder bed fusion (LPBF) surfaces can be challenging to measure. These surfaces comprise complex features including undercuts, deep recesses, step-like transitions, a large range of measurement scales and unfavourable optically materials properties. While recent research has begun to examine the nature of these surfaces, there has not yet been significant effort in understanding how different measurement instruments interact with them. In this paper, we compare the results of LPBF surface topography measurements using a series of different instrument technologies, including contact stylus, focus variation microscopy, coherence scanning interferometry, laser scanning confocal microscopy and X-ray computed tomography. Measurements are made on both side and top surfaces of a cubic polyamide-12 LPBF sample. Different instrument behaviours are highlighted through qualitative visual inspection of surface reconstructions. Further comparisons are then performed through evaluation of profile and areal surface texture parameters and statistical modelling of surface topographies. These analyses allow for the identification both of discrepancies between texture parameters and discrepancies between local topographies reconstructed from measurements. Instrument repeatability metrics are also presented for each measurement of the test surfaces. Results show that discrepancies in measurements made on the acquired datasets are often similar in magnitude to the size of the features present on the surfaces. Conclusions are drawn regarding the suitability of various surface measurement instruments for polymer LPBF surfaces

Characterization of 3D surface topography in 5-axis milling

Within the context of 5-axis free-form machining, CAM software offers various ways of tool-path generation, depending on the geometry of the surface to be machined. Therefore, as the manufactured surface quality results from the choice of the machining strategy and machining parameters, the prediction of surface roughness in function of the machining conditions is an important issue in 5-axis machining. The objective of this paper is to propose a simulation model of material removal in 5-axis based on the N-buffer method and integrating the Inverse Kinematics Transformation. The tooth track is linked with the velocity giving the surface topography resulting from actual machining conditions. The model is assessed thanks to a series of sweeping over planes according to various tool axis orientations and cutting conditions. 3D surface topography analyses are performed through the new areal surface roughness parameters proposed by recent standards

In situ non-contact measurements of polished surfaces

International audienceMeasurement of 3D surface roughness usually involves removing the part from themachine tool between two operations potentially introducing systematic errors. Furthermore, surfaceroughness measuring instruments are not suited for measuring heavy and large parts such as stampingdies. This paper presents a method to measure the surface topography of a part in situ, i.e. directly on themachinetool without removing the part. After introducing the sensor technology and the data acquisitionchain, the effects of geometric imperfections of the machine tool on the measurement results are discussed. An application of the method is then presented to assess afinishingprocess on a five-axis machine tool

Contribution au choix de stratégies d'usinage (application à la finition des pièces de formes complexes)

CLERMONT FD-BCIU Sci.et Tech. (630142101) / SudocCACHAN-ENS (940162301) / SudocSudocFranceF

Optimal selection of machining direction for three-axis milling of sculptured parts

International audienceIn the field of free form surface machining, CAM software allow to manage various modes of tool-path generation (zig-zag, spiral, z-level, parallel plan, iso-planar, etc.) leaning on the geometry of the surface to be machined. Various machining strategies can be used for the same shape. Nevertheless the choice of a machining strategy remains an expert field. Indeed there are no precise rules to facilitate the necessary parameter choice for tool-path computation from the analysis of the numerical model of a part and the quality requirements. The objective of this paper is to provide a method to assist in the choice of the machining direction for parallel plane milling of sculptured parts. The influence of tool-path on the final quality according to the intrinsic geometrical characteristics of the latter (curves, orientation) was studied. The directionnal beam are introduced and defined from the local surface parameter. Finally a methodology to optimize machining time while guaranteeing a high level of quality was developed and applied to examples