Un capteur tactile révolutionne la détection de l’usure des outils d’usinage

Des chercheurs du Laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL) du Département de l’Énergie ont mis au point un système de surveillance de l’état des outils capable de détecter l’usure des outils de coupe utilisés en usinage. Le retour d’information embarqué aide les fabricants à éviter l’usure prématurée des outils afin de réduire les temps d’arrêt.

La performance des outils de coupe est essentielle pour la productivité de l’usinage et la qualité des pièces, car l’usinage, l’enlèvement précis de matière pour façonner les pièces, dépend fortement de l’état des outils. L’usinage use progressivement les outils de coupe, entraînant une instabilité du processus qui provoque une détérioration de la qualité des pièces et une possible défaillance des outils. 

Pour éviter ces problèmes, les fabricants remplacent souvent les outils de coupe prématurément, ce qui entraîne une sous-utilisation des outils, des changements d’outils plus fréquents et des coûts plus élevés. 

Les méthodes actuelles de suivi de l’usure des outils sont insuffisantes en raison du bruit imprévisible des capteurs et des conditions d’imagerie incohérentes. Pour relever ces défis, les chercheurs de l’ORNL ont développé un nouveau système de surveillance qui fournit des mesures d’usure rapides et précises. Ces travaux sont décrits dans la revue Wear.

« Cette innovation comble le fossé entre la détection précise et la prise de décision sur le sol de l’usine », a déclaré Ritin Mathews de l’ORNL, chercheur principal du projet. « Elle donne aux fabricants une image claire de l’état des outils, afin qu’ils puissent planifier les opérations en toute confiance et améliorer l’efficacité ».

La détection tactile fournit des informations constantes sur l’usure des outils embarqués

Le système de surveillance innovant de l’équipe utilise un capteur tactile flexible pour capturer des images détaillées du bord coupant d’un outil en appuyant contre celui-ci. En s’adaptant à la forme de l’outil, le capteur enregistre les détails fins de la surface du bord coupant. 

Des algorithmes informatiques avancés analysent ensuite les images en temps réel pour détecter même les signes subtils d’usure ou de dommages. Ces informations permettent aux fabricants de planifier le remplacement au moment optimal. Le résultat est une solution rentable qui améliore les performances et la fiabilité des produits en éliminant la dépendance à l’égard de méthodes d’estimation obsolètes.

« En intégrant ce capteur tactile, les fabricants peuvent réduire les perturbations causées par les défaillances d’outils et minimiser les coûts de main-d’œuvre liés à la maintenance corrective », a déclaré Mathews.

Cette percée dans l’efficacité de fabrication offre également un moyen pour l’industrie de réduire les coûts de production des composants de grande valeur fabriqués à partir de matériaux coûteux et difficiles à usiner, tels que les alliages de titane et les superalliages à base de nickel.

Comparé aux systèmes traditionnels de surveillance de l’état des outils, cette méthode offre de multiples avantages dans la détection de l’usure. Le capteur utilisé est plus rapide, ne prenant que quelques secondes, ce qui le rend idéal pour une surveillance automatisée en temps réel. Il offre une précision de 98 % et des résultats constants, non affectés par les conditions d’éclairage. Le capteur est également relativement peu coûteux et facile à intégrer dans les processus de fabrication existants.

« Ce système fournit une analyse proactive de la progression de l’usure des outils, permettant aux fabricants de détecter et de traiter les problèmes potentiels avant qu’ils ne compromettent l’usinage de composants critiques », a déclaré Chris Tyler, responsable du groupe de recherche sur l’usinage avancé et les machines-outils à l’ORNL.

Article : Estimation of cutting tool wear using an elastomeric tactile sensor – Journal : Wear

Source : DOE/OAK