Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

La perte de précision dans les machines-outils à axes multiples est due aux imperfections géométriques de la structure mécanique et aux modifications de cette structure sous l'effet de sollicitations statiques, thermiques et dynamiques. Même si certaines de ces imperfections peuvent être réduites par l'amélioration de la conception de la machine, il est cependant difficile d'éliminer totalement leurs effets. Les limitations technologiques et les coûts associés à cette solution ont conduit à l'introduction du concept de la compensation des erreurs. En raison du manque de techniques de mesure directe et fiable, la plupart des techniques de compensation se sont basées sur la mesure préalable, dans des conditions environnementales typiques, des différentes composantes de l'erreur volumétrique séparément avant de les combiner à travers le modèle cinématique de la machine pour générer les informations nécessaires à la compensation. Ces mesures nécessitent des efforts longs et coûteux. De plus, étant de nature statique, elles ne représentent pas les conditions réelles de fonctionnement des machines. Les résultats qu'elles génèrent ne reflètent pas les variations dues aux effets statiques, thermiques et dynamiques et aux interactions entre les différentes sources d'erreurs qui contribuent de façon significative à la dégradation de la précision de la machine.

Pour contourner ces limitations, il est nécessaire de développer une approche de mesure dynamique et intégrée permettant d'évaluer, en temps réel, les composantes de l'erreur volumétrique associées aux effets géométriques, thermiques et dynamiques cumulés. Cette démarche permet de fournir une représentation fiable de l'état de la machine pour une compensation adaptative robuste et efficace.

Ce mémoire présente une nouvelle approche d'identification en temps réel des erreurs dans les machines-outils. Basé sur une structure optoélectronique, le système de mesure proposé permet d'évaluer simultanément et de façon dynamique les erreurs selon 5 des 6 degrés de liberté de chacun des axes de la machine et ce quelles que soient les conditions opératoires. De plus, cette approche simplifie de façon substantielle les procédures d'étalonnage et d'évaluation des performances métrologiques en fournissant des mesures qui reflètent avec fidélité le comportement géométrique de la machine sans avoir recours à une analyse longue et coûteuse des différentes sources d'erreur.

Les tests réalisés sur le système de mesure ont permis d'évaluer les performances des modèles développés pour l'identification des erreurs, d'étalonner le système de mesure et de caractériser ses performances métrologiques et dynamiques. Les résultats obtenus montrent que l'approche proposée est avantageusement comparable à des techniques de mesure reconnues aussi bien en terme de précision qu'en termes de rapidité et de coûts. De plus, par son caractère dynamique et sa flexibilité, le système de mesure permet d'intégrer les effets géométriques, thermiques et dynamiques et de les cumuler dans la même opération de mesure qu'elle soit pour l'évaluation des performances de la machine, pour l'étalonnage ou pour la compensation en temps réel.