Ces tests permettent de vérifier indépendamment chacun des axes constitutifs de la machine en s’affranchissant d’éventuels problèmes de couplage, supposés par ailleurs négligeables ; ce que nous montrent les essais de validation effectués au paragraphe 4.2. Les essais sont réalisés aussi bien sur les axes de translation que sur les axes de rotation. Seules les validations de deux axes de translation (axe X et axe Z, ce dernier étant soumis à la gravité) et d’un axe de rotation (axe C) sont présentées dans cette partie. En effet, les différentes expérimentations menées ont mis en avant un comportement similaire quel que soit l’axe [PREVOST 08]. Si on considère un segment, défini par un point de départ et un point d’arrivée, plusieurs tests sont effectués :
Cas 1 : la vitesse programmée reste constante durant tout le déplacement le long du segment (Figure 3.8)
Cas 2 : le segment est parcouru dans les deux sens sans interruption ; il s’agit d’un aller retour avec la même vitesse d’avance programmée (Figure 3.9).
Cas 3 : la vitesse programmée varie le long du parcours du segment ; avec une première vitesse V1 sur une première portion et une vitesse V2 sur la portion restante, où V1>V2, de telle sorte que le saut de vitesses entre V1 et V2 soit important avec un facteur de 10 ou plus (Figure 3.10)
4.1.1 Validation sur la Mikron UCP710
Le cas 1 est illustré pour l’axe X sur la Figure 3.8. Les valeurs simulées sont très proches des valeurs réelle : les écarts n’excèdent pas 4 µm, sauf dans les phases plus critiques d‘accélération ou de décélération. Pour ces zones, les écarts peuvent atteindre 6µm. Concernant les vitesses, les valeurs simulées et mesurées sont quasiment identiques ; peu de différences sont notables, hormis une très légère avance de la vitesse simulée par rapport à la vitesse mesurée. La même constatation peut être
la validation du modèle dans le cas des axes de translation pour ce cas test.
Figure 3.8. Essai de translation simple sur l’axe X (Mikron)
Le cas 2 est illustré sur la Figure 3.9 pour l’axe de translation Z, pour lequel la pesanteur a une influence sur le suivi. L’essai se déroule de la façon suivante : l’axe Z monte puis descend à la vitesse de 15 m/min. L’influence de la pesanteur est visible sur le graphe des intensités. En effet, l’intensité reste positive sur la zone à vitesse négative (descente de l’axe) ; c'est-à-dire que le couple résistant dû aux frottements est inférieur à celui causé par la pesanteur. La comparaison entre vitesses et intensités donne des résultats très positifs, puisque que les valeurs sont quasiment identiques. Les écarts entre les positions mesurées et simulées restent dans le même ordre de grandeur que pour l’essai précédent (Figure 3.8).
Figure 3.9. Essai aller-retour sur l'axe Z (Mikron)
La validation concernant l’axe C est présentée sur la Figure 3.10, avec un essai illustrant le cas 3.
Pratiquement, ce test consiste à parcourir l’intervalle [0 ; 130°] à une vitesse programmée de 18 tr/min
et l’intervalle [130 ; 210°] à 6 tr/min. Les erreurs constatées entre les positions angulaires mesurées et simulées restent en dessous de 7 milli degrés pour chaque axe, ce qui représente un résultat très correct. Comme dans les cas précédents, les maximums sont encore observés dans les zones où les accélérations et décélérations ne sont pas nulles.
Figure 3.10. Essai à deux vitesses sur l'axe C (Mikron)
En conclusion de cette première phase de validation axe par axe, les différences entre les mesures et les simulations sont suffisamment faibles pour valider le modèle mis en place pour chaque axe sollicité indépendamment. Enfin, la précision de la simulation avec des erreurs globalement inférieures à 5µm pour les axes de translation ou 3 milli degrés pour les axes de rotation semble suffisante pour la prédiction des erreurs de suivi, d’autant que les écarts de suivi, entre les consignes et les mesures, peuvent être 4 à 10 fois plus importants (voir Chapitre 2 au §3.3).
4.1.2 Validation sur la DMG HSC75 linear
Les essais de validation sont de même nature pour cette machine. Pour valider l’axe X, il est proposé d’exécuter un essai correspondant au cas n°3, c'est-à-dire un segment de longueur 350 mm parcouru dans le sens négatif. De 0 à -300 mm la vitesse programmée est de 50 m/min et de 5m/min pour la portion de trajectoire située entre les positions -300 et -350 mm, provoquant un très fort ralentissement. Les résultats sont présentés sur la Figure 3.11. Les écarts de simulation ne dépassent pas 4 µm pour cet axe X. Ces résultats sont confirmés pour les autres types de test. Les vitesses mesurées ou simulées sont quasiment identiques à l’image des simulations sur la machine Mikron UCP710.
Figure 3.11. Essai à deux vitesses sur l’axe X (DMG)
de 4 µm.
L’axe Z, dont la technologie diffère à cause de son système de compensation pour la gravité est testé seul avec un essai de type 2, c'est-à-dire un aller retour avec la montée puis la descente de l’axe sur une longueur de 100 mm. L’essai est programmé avec une vitesse de 40 m/min. Les résultats sont donnés à la Figure 3.12 Les écarts entre les positions simulées et les positions mesurées sont un peu plus importants que pour les axes horizontaux X et Y. On relève en effet des écarts pouvant atteindre 7 à 8 µm, probablement dus à la difficulté de modéliser de manière suffisamment précise le système de compensation de pesanteur. L’axe étant en position basse à la fin du mouvement, ce qui correspond à une compression importante des fluides du système de compensation de pesanteur, l’intensité pour maintenir l’axe en position est négative et vaut -3A. Avec ces vitesses et avec les sollicitations demandées, ce sont les accélérations et décélérations de la masse à mettre en mouvement qui donnent la plus grande part de l’intensité à fournir au moteur. Les parts dues aux frottements et à la pesanteur sont négligeables.
Figure 3.12. Essai aller retour sur l’axe Z (DMG)