Brevet FR2354858A1 — publié le 19780113

La présente invention, due à la collaboration de Jean-Charles FORET, Jacques GAND, Jean-Pierre LIO et Harry PALLAS, est relative à un nouvel équipement de chargement et/ou d'extraction automatique pour presse et plus généralement à une ligne de presses dont chacune des presses qui la composent est équipée de cellules automatiques de chargement et/ou d'extraction, si bien que l'on peut réaliser une chaîne automatique d'emboutissage capable de fonctionner dans un sens ou dans l'autre. Cette chaîne peut, en outre, à la demande et très facilement, être transformée en chaîne semi-automatique et même en chaîne manuelle. Le brevet français n0 1.435.239, demandé le 18 mars 1965 par la Société dite: DANLY MACHINE SPECIALTIES Inc. pour Mécanisme de transfert automatique entre presses alignées décrit, entre autres choses, un chariot porteur capable de se déplacer horizontalement et supportant un arbre carré creux portant un bras de préhension àsa partie inférieure auquel il est capable de fournir un déplacement vertical à l'intérieur du chariot porteur. Une paire de cames profilées, montées sur le même arbre, impose à l'arbre creux et au bras de préhension les composantes horizontale et verticale coordonnées de leur mouvement par l'intermédiaire d'une tringlerie et d'engrenages complexes. Du fait même de l'existence de cette tringlerie, les déplacements du chariot porteur sont limités.Cet ensemble mécanique présente une grande inertie et la trajectoire, que le bras de préhension est susceptible de décrire, est imposée rigidement par la présence des cames. La présente invention permet d'éviter ces contraintes multiples par la suppression des connexions mécaniques. L'équipement de chargement et/ou d'extraction automatique pour presse suivant l'inven- tion qui est du type comportant au moins une cellule comprenant : un bâti accroché à la presse, un chariot porté par le bâti et susceptible de se déplacer suivant deux axes perpendiculaires et un ensemble d'équipements de préhension supporté par le chariot est caractérisé en ce que le chariot est entraîné, d'une part, en translation par un premier moteur couple, d'autre part, dans un mouvement de monte et baisse, par un second moteur couple, en ce que ces deux moteurs sont portés par le chariot et en ce qu'à chaque instant d'un cycle de fonctionnement de la presse, la position de l'ensemble de préhension est définie avec précision par rapport à la position du coulisseau de la presse et asservie à cette dernière par des moyens de commande électronique du chariot. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre et qui n'est donnée qu'à titre d'exemple. A cet effet, on se reportera aux dessins joints à l'aide desquels une forme de réalisation d'un dispositif de manutention suivant l'invention est décrite et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation de côté d'un équipement de manutention automatique attaché à une presse, - la figure 2 est une vue en élévation prise de face suivant la flèche II sur la figure 1 de la presse et de son équipement de manutention automatique, - la figure 3 est une représentation en coupe suivant un plan de trace III-III à la figure 2 et en regardant de dessous du chariot porteur de l'équipement de préhension, - la figure 4 est une représentation schématique d'une presse explicitant la loi d'asservissement, et - la figure 5 est une représentation schématique de la boucle d'asservissement d'un des moteurs d'un chariot mobile. Le dispositif de manutention représenté a, par exemple, fonction d'extracteur de pièces embouties sur une presse. Cette précision est donnée uniquement pour fixer les idées car le même appareillage peut servir à la fonction de chargement de tôles vierges en vue de leur traitement par la presse, ce traitement consistant, par exemple, en un emboutissage. Si l'on se reporte tout d'abord à la figure 4, on voit schématiquement représenté le squelette d'une presse sur lequel apparaissent les montants 1, le chapiteau 2, le coulisseau porte-poinçon 3 et le socle porte matrice 4. Le coulisseau 3 est mû par un moteur d'entraînement 5 auquel il est relié par un vilebrequin 6. Revenant aux figures 1 et 2, sur les montants 1 et le chapiteau 2 constituant le bâti de presse, est fixé verticalement un châssis 7 à deux glissières 8 de positionnement vertical qui comporte en particulier des jambes de force 9 permettant à ce châssis d'être fixé rigidement aux montants 1 de la presse de façon à constituer un ensemble rigide et inamovible à l'épreuve des efforts les plus violents. Parallèlement à ce châssis 7, solidaire de la presse, se déplace une potence constituée par une console 11 solidaire à sa partie inférieure d'un bâti de support ou poutre de roulement 12 dont la section est en forme de tunnel comme on le voit bien à la figure 2. La console 11 est pourvue de deux jeux de glissières 13 qui s'engagent à cheval sur les glissières 8 du châssis 7.La console 11 est reliée au châssis 7 par l'intermédiaire d'une transmission à vis-écrou 14, l'écrou étant porté par la potence et la vis par le châssis 7, sur lequel est monté en bout de vis un moteur asynchrone d'entraînement de cette dernière ce qui permet de déplacer, dans le sens vertical, la console 11 et tout l'appareillage associé à savoir : la poutre de roulement 12, le chariot automoteur 20 suivant l'invention et les organes de préhension associés. La console 11 et la poutre de roulement pourraient être d'une seule pièce. Elles ne le sont pas uniquement pour une question de commodité de la réalisation. On a représenté en 15, en trait mixte, la console 11 en position haute qui correspond à la position stockage, la représentation en trait plein correspondant à la position basse qui définit une hauteur de préhension de la pièce après traitement dans la presse d'emboutissage. La poutre de roulement 12 présente, à sa partie inférieure, deux rails 21 et 22 sur lesquels sont engagés des galets de roulement 23 et 24 attachés au rail 21, d'une part, 25 et 26 attachés au rail 22, d'autre part, qui permettent de guider le chariot automoteur 20. Les galets 24 et 26 sont à excentrique. Un galet 27 à excentrique, solidaire du chariot automoteur 20, guide latéralement ce dernier en glissant sur une paroi latérale du rail 21. On remarquera la forme particulière du rail 21 qui, sur sa face horizontale inférieure, est pourvu d'une crémaillère 28 qui engrène avec un pignon denté 29 solidaire de l'arbre d'un moteur 30 qui commande les déplacements dans le sens horizontal du chariot automoteur 20 et qui est porté par ce dernier comme on le voit mieux à la figure 3. Le moteur 30, qui entraîne horizontalement en translation le chariot automoteur 20 sous la poutre 12, est un moteur couple à faible vitesse, solidaire du chariot 20. L'arbre moteur 31 attaque directement le pignon 29 qui engrène sur la crémaillère 28 fixée à la partie inférieure de la poutre de roulement 12. Suivant le mode de réalisation de la figure 3, ce chariot automoteur 20 comporte un second moteur couple 40 à faible vitesse. L'arbre moteur 41 attaque directement un pignon 42 qui engrène avec une crémaillère 43 fixée suivant une génératrice d'une colonne cylindrique 44 de monte et baisse qui coulisse dans une ouverture cylindrique verticale qui traverse complètement le chariot automoteur 20 et qui est dimensionnée pour correspondre au diamètre de la colonne 44 si bien que celle-ci, dans ses déplacements, est guidée par les parois avoisinantes du chariot automoteur 20. Cette colonne 44 est creuse dans un but d'allIgement. Elle est équilibrée par un équil;- breur pneumatique 45. Le rail horizontal 22 est décalé en hauteur par rapport au rail horizontal 21 pour per- mettre de loger les moteurs 30 et 40 du chriot automoteur 20. Le moteur 30, qui est piloté par un variateur de vitesse 32 (figure 5), est équipé d'une génératrice tachymétrique 46 et d'un synchroémetteur 50 (figures 2 et 5). D'une fanon semblable, le moteur 40 de monte et baisse est piloté par un variateur de vitesse 33 non représenté. Les variateurs de vitesse 32 et 33 des moteurs 30 et 40 possèdent les correcteurs permettant d'atteindre les performances dynamiques demandées sur les lois de vitesse et d'accélération du chariot 20 et de sa colonne de monte et baisse 44. A titre d'information, on peut signaler que l'équipement de préhension qui ne fait pas partie de l'invention peut être constitué, par exemple, de pinces à commande pneumatique et de ventouses à dépression. Les déplacements de l'équipement de préhension grâce au chariot automoteur 20 sont synchronisés avec les déplacements du coulisseau 3 de la presse (figure 4). La combinaison des mouvements de translation horizontale du chariot automoteur 20 le long des rails 21 et 22 et du mouvement de monte et baisse de la colonne cylindrique 44 permet d'obtenir une infinité de trajectoires pour l'équipement de préion grâce àl'intervention d'un calculateur 34 disposé dans une boucle d' dont i'enrée est l'entrée est constituée par un capteur d'information 38 de la posi- tion innée du vilebrequin 6 de la presse Un petit calculateur industriel 34, associé à la presse, définit, en fonction de la position angulaire # du vilebrequin 6 (figure 4) à l'aide de tables qu'il contien en mémoire, les positisms de quatre axes des cellules de et d'extraction associées à la presse. Les codes des mouvements exécutés parles équipements de préhension sont appto- limées par nne succession de fonctions polynominales dont les fea valeurs sont enregistrées dans la mmoioe du Lecalculateur 34 en fonction de 1'in1::1uation reçue sur son entrée 36 correspondant à un certain angle # du vilebrequiu de presse et de l'information correspondante inscrite dans sa mémoire et, en fonction aussi, de l'information regur sur une boucle de réaction 37 correspondant à la potion réelle intantanée du moteur couple commandé par Sa sortie 35 émet sur cette sortie 35 un signal d'erreur corre prndant à la différence entre la position réelle et la position désirée. Suivant la figure 5, un capteur de déplacements angulaires 38 est une synchromachine utilisée en synchrotransmetteur dont le stator est solidaire de la carcasse fixe de la presse (figure 4). Son rotor est solidaire du vilebrequin 6 de la presse en son peint de pivotement. L'information fournie par le capteur 38 est transmise à un convertisseur synchronumérique 39 et, de là, au calculateur 34 qui commande, comme on l'a dit, les positions des quatre axes des cellules de chargement et d'extraction associés à la presse. Le calculateur 34 renferme donc quatre tables de valeurs corses pondant à ces quatre axes et il possède quatre sorties 35, 49, 55, 65 correspondant à ces quatre axes. Les circuits affectés à chacun de ces axes sont tous identiques, aussi n'a-t-on représenté qu'un seul de ces circuits. On considère donc la sortie 35 du calculateur 34 qui mène à un amplificateur 32 lequel commande un moteur couple, par exemple le moteur couple 30 qui entraîne le pignon 29 par son arbre 31 et permet au chariot automoteur 20 de se déplacer dans le sens horizontal le long des rails 21-et 22. On réalise un asservissement en intensité entre le moteur couple 30 et l'amplificateur 32 à l'aide d'une boucle 47. Sur l'arbre du moteur couple 30 est calée une génératrice tachymétrique 46 permettant de réaliser un asservissement en vitesse avec l'amplificateur 32 à l'aide d'une seconde boucle 48.Enfin, à chaque instant, la position réelle du chariot automoteur 20 dans le sens horizontal des déplacements est ramenée sur une seconde entrée du calculateur 34 au moyen d'une boucle d'asservissement en position 37 à partir du synchro transmetteur 50, si bien que le calculateur 34 émet sur sa sortie 35 un signal d'erreur tendant à corriger la position du chariot automoteur dans ce qu'elle peut avoir d'erroné dans le sens horizontal des déplacements. L'asservissement par calculateur permet une grande souplesse dans la modification de la trajectoire. D'autres avantages résultent également de la possibilité de programmer, directement en atelier de fabrication en enregistrant les points de passage principaux, le calculateur en déterminant directement les paramètres de l'interpolation polynomiale respectant les différentes contraintes imposées. Le dispositif qui vient d'être décrit permet de réaliser les utilisations suivantes 1- Réalisation d'une chaîne automatique: Dans ce but, chaque presse est équipée d'une cellule de chargement et d'une cellule d'extraction. Les équipements des cellules sont soit à main de fer, soit à préhension à ventouses en vue d'optimaliser la trajectoire de la pièce en fonction de l'outil. Les presses sont synchronisées entre elles et tournent à la volée à la cadence de douze à vingt coups par minute. On peut faire fonctionner la ligne des presses soit dans un sens, soit en sens inverse. Le décalage angulaire possible entre deux presses consécutives est de l'ordre de 2000. ll est conséquent d'une synchronisation précise des cellules et des presses, d'une part,et d'une trajectoire de pièce assurée en totalité par chaque cellule sFs le concours de mécanisme auxi liaire, d'autre part. ll en résulte un choix possible d'une solution simple pour la synchronisation des presses entre elles. Le cheminement d'une pièce dans une interpresse s'effectue de la façon suivante, chaque phase correspondant à une évolution de la presse. Pendant la première phase : extraction de la pièce de l'outil et dépose sur un premier poste intermédiaire ; pendant la seconde phase : trans- port de la pièce et dépose sur un poste intermédiaire central d'échange. Ces deux phases sont réalisées par la cellule d'extraction de la presse amont. Les deux phases suivantes sont réalisées par la cellule de chargement de la presse aval. Pendant la troisième phase : transport de la pièce du poste d'échange vers un troisième poste intermédiaire avec dépose ; pendant la quatrième phase : chargement de la pièce et dépose dans l'outil suivant. Les trois postes intermédiaires ont une forme appropriée à chaque type de pièce et sont fixés sur une table reposant au sol. 2 - Réalisation d'une chaîne semi automatique: Les presses tournent au coup par coup à la cadence de 17 à 25 coups par minute. Les cellules de chargement ne fonctionnent pas et sont mises en position de stockage. Le chargement de la pièce dans l'outil est réalise par un opérateur. Les cellules d'extraction fonctionnent uni quement dans le sens horizontal en simple extracteur. La programmation de cette trajectoire simplifiée permet une évolution du chariot de la cellule d'extraction dans un temps de cycle très court. 3 - Réalisation d'une chaîne manuelle: Les presses tournent au coup par coup à la cadence de i7 à 25 coups par minute. Les cellules de chargement et d'extraction sont au repos et sont remontées en position de stockage. Le chargement et Pextraction de la pièce sont réalisés par des opérateurs. La liaison entre presses est assurée par un transporteur comme dans le cas de la chaîne semi-automatique. Le passage d'un type d'utilisation à un autre s'effectue de façon très rapide. On remarquera que la cellule constituée par la poutre de roulement 12, le chariot automoteur 20 et l'ensemble de préhension associé peut être adaptée à n'importe quel type de presse banal, c'est-àZire à une presse qui n'a pas été conçue pour recevoir ce type d'équi pement. La cellule peut encore être montée sur d'autres types de machines telles que machines à souder à points multiples et machines-transferts. REVENDICATIONS 1 - li équipement de chargement eqou d'extraction automatique pour presse comportant au moins une cellule comprenant: un bâti accroché à la presse, un chariot porté par le bâti et susceptible de se déplacer suivant deux axes perpendiculaires et un équipement de préhension porté par le chariot, caractérisé en ce que ce chariot {20) qui est du type automoteur est entraîné en trans lation suivant un premier axe (28) par un premier moteur couple (30) et en translation suivant un second axe (44) perpendiculaire au premier axe (28) par un second moteur couple (40), en ce que ces deux moteurs (30, 40) sont portés par le chariot (20) et en ce qu'à chaque instant d'un cycle de fonctionnement de la presse 41 - 5) la position de l'équipement de préhension est définie avec précision par rapport à la position du coulisseau (3) de la presse et asservie à cette dernière par des moyens de commande électronique (figure 5) reliés à chacun des moteurs couples 2 - 13 quipement de chargement et/ou d'extraction automatique pour presse suivant la revendica tion 1 caractérisé en ce que le chariot automoteur (20) comporte deux moteurs couples - (30, 40) dont les arbres d'entraînement (31, 41) sont disposés parallèlement et supportent chacun un pignon (29, 42) dont l'un (29) engrène avec une première crémaillère (28) fixée à la partie inférieure d'une poutre de roulement (12) et l'autre (42) engrène avec une seconde crémaillère (43) portée à la périphérie d'une colonne cylindrique (44) coulissant à l'interieur d'une tubulure de guidage ménagée dans le chariot automoteur. 3 - Equipement de chargement et/ou-d'extraction automatique pour presse suivant la revendica tion 2 caractérisé en ce que le chariot automoteur (20) comporte un équilibreur pneumatique (45) en relation de fonctionnement avec la colonne cylindrique (44). 4- équipement de chargement et/ou d'extraction automatique pour presse suivant la revendica tion 1 caractérisé en ce que les moyens d'asservissement de la position de l'équipement de préhension à la position du coulisseau (3) de la presse comprennent comme entrée un capteur (38) de déplacements angulaires du vilebrequin de presse (6), capteur qui est une synchro machine utilisée en synchroémetteur ou récepteur dont le stator est solidaire de la carcasse fixe (1, 2) de la presse et dont le rotor est solidaire du vilebrequin (6) en son point de rotation. 5 - liSquipement de chargement et/ou d'extraction automatique pour presse suivant la revendica tion 4 caractérisé en ce que les moyens de commande électronique comprennent un calculateur numérique (34) connecté par sa première entrée (36) à la sortie du capteur (38) de déplace ments angulaires par l'intermédiaire d'un convertisseur synchro-numérique ou numérique synchro (39), en ce que ce calculateur numérique (34) comprend autant de sorties (35, 65, 55, 46) et autant de secondes entrées (37) correspondant chacune à une boucle de réaction qu'il y a de moteurs couples (30, 40) à commander. 6 - équipement de chargement et/ou d'extraction automatique pour presse suivant la revendica tion 5 caractérisé en ce que le calculateur numérique (34) dans chaque boucle reliant une sortie (35, 65, 55, 46) à sa seconde entrée correspondante (37) comporte : un variateur-amplificateur (32) connecté par sa sortie au moteur couple (30) provoquant les déplacements d'un chariot automoteur (20) suivant un de ses axes, une boucle d'asservissement en intensité (47) reliant le moteur couple (30) au variateur-amplificateur (32); une génératrice tachymêtrique (46) calée sur l'arbre du moteur couple (30), une boucle d'asservissement en vitesse (48) reliant la géné patrice tachymétrique à une autre entrée du variateur amplificateur (32) et une boucle d'asser vissement en position (37) qui relie la sortie du moteur couple (30) à la seconde entrée corres pondante du calculateur par l'intermédiaire d'un second synchrometteur (50). 7 - équipement dé chargement et/ou d'extraction automatique pour presse suivant la revendica tion 5 ou 6 caractérisé en ce que le calculateur numérique (34) comporte en mémoire autant de tables de correspondance donnant pour chaque valeur élémentaire de l'angle du vilebrequin de presse le déplacement linéaire du moteur couple correspondant (30, 40) que ce calculateur numérique (34) a de moteurs couples à piloter. 8- équipement de chargement etlou d'extraction automatique pour presse suivant la revendica tion 7 caractérisé en ce qu'il intervient pour piloter une presse complète comprenant une cellule de chargement et une cellule d'extraction dans une chaîne automatique, ces cellules comportant chacune un chariot automoteur susceptible de se déplacer suivant deux axes rectan gulaires et en ce que le calculateur numérique (34) comporte en mémoire quatre tables de correspondance pour piloter les quatre moteUrs couples associés à la presse (35, 65, 55, 46). 9 équipement de chargement etlou d'extraction automatique pour presse suivant la revendica tion 7 caractérisé en ce qu'il intervient pour piloter une presse dans une chaine semi-automa tique en ce que la cellule de chargement est mise en position de stockage et en ce que le calcu lateur numérique (34) intervient simplement pour piloter le moteur couple (30) faisant fonctionner le chariot automoteur de la cellule d'extraction suivant un axe horizontal.