Brevet FR2461306A1 — publié le 19810130

La présente invention se rapporte d'une façon générale à un procédé et à un dispositif de détection du profil d'une courbe à l'aide d'un capteur, plus spécialement pour la détection du profil d'une courbe devant être suivie par un outil pour effectuer un travail sur une pièce. On a proposé d'asservir le déplacement d'un outil à celui d'un capteur précédant cet outil et transmettant des informations de position par rapport à un référentiel défini relativement à la pièce. Dans un tel cas, le capteur suit en la détectant la courbe qui devra correspondre au travail de l'outil sur la pièce. I1 fournit une information de position à partir de chaque point d'une série de points successifs dont l'espacement est choisi à volonté, en fonction du travail à effectuer et du profil plus ou moins complexe de la courbe de travail. Ces points sont ensuite interprétés et exploités pour fournir une courbe de déplacement de l'outil. Toutefois, des problèmes se posent lorsqu'on tente de faire suivre à un capteur, en particulier à un capteur agissant par contact, par exemple un joint entre deux pièces devant être soudées ensemble, qu'il s'agisse d'un joint à aboutement ou à chevauchement. Certains "accidents" de la pièce influent en effet sur le déplacement du capteur et provoquent sa dérive en fournissant des informations erronées. Il peut s'agir par exemple de points d'agrafage de tôles à souder, qui gênent le mouvement du capteur et fournissent des points aberrants dans la détection de position. I1 peut s'agir également de défauts de profil des pièces ou des tôles, ou d'autres influences encore. Dans ce cas, il est souvent nécessaire d'interrompre la détection et de repositionner le capteur avant la reprise du travail, car les informations erronées alors fournies du fait de la dérive du capteur auraient pour conséquence une erreur de position de l'outil. Par ailleurs, lorsqu'un capteur est déplacé linéairement le long d'un joint à recouvrement entre deux tôles à souder, par exemple, il détecte simplement la position du bord libre de la tôle supérieure, mais sans fournir d'information sur un bâillement éventuel des tôles. Or, dans le cas d'un tel bâillement, le joint réalisé est le plus souvent défectueux. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Elle est matérialisée dans un procédé pour la détection au moyen d'un capteur du profil d'une courbe devant être suivie par un outil sur une pièce, caractérisé en ce qu'on superpose au déplacement du capteur le long de la courbe un mouvement de balayage par des courses latérales successives de part et d'autre de cette courbe, et on émet une information à partir de ce capteur lors du franchissement de ladite courbe. Etant donné que la détection se fait au moment où le capteur coupe la courbe dont le profil doit être détecté, il n'y a plus alors à craindre qu'un "accident" du profil de la pièce provoque la dérive du capteur à l'écart de la courbe précitée, avec une erreur résultante de positionnement et de trajectoire de l'outil asservi. Si, lors de son franchissement de la courbe à détecter, le capteur rencontre un tel "accident" de profil, on obtint simplement dans la détection un point aberrant, qui peut être ignoré ultérieurement dans l'exploitation des informations pour la commande du positionnement et de la trajectoire de l'outil, mais étant donné que le capteur est soumis à une commande de déplacement positive par balayage, il poursuit sa trajectoire par rapport à la courbe, sans dérive de cette trajectoire, c'est-à-dire qu'on obtient en fait une caractéristique d'auto-correction. Le balayage de la courbe à détecter par le capteur peut s'effectuer selon divers profils. Ainsi, un tel balayage peut avoir lieu selon une trajectoire en zigzag, avec une inversion brusque du mouvement du capteur à chaque position de fin de course transversale, le mouvement de balayage transversal se conjuguant alors au déplacement du capteur le long de la courbe pour donner la trajectoire en zigzag précitée. On peut également, par une commande appropriée de la vitesse de balayage transversal, obtenir pour le capteur une trajectoire sinusoidale. Mais suivant un mode de mise en oeuvre préférentiel, on réalise un balayage en créneaux, c'est-àdire qu'on .immobilise le capteur latéralement dans chaque position de fin de course transversale, ce qui fournit pour ce capteur un pas de déplacement longitudinal par rapport à la courbe à détecter. Dans ce cas, les flancs des créneaux sont inclinés, du fait du déplacement longitudinal constant du palpeur. Le pas des créneaux est choisi en fonction de la fréquence désirée des points de détection le long de la courbe. On comprend que, par rapport à un référentiel défini relativement à la pièce sur laquelle la courbe devant ensuite être suivie par l'outil pour le travail est détectée, chaque point de détection par le capteur fournit une information de position en X et une information de position en Y, c'est-à-dire un positionnement défini dans le plan de la pièce. Suivant un mode de mise en oeuvre paraissant avantageux, on réalise la détection d'un point par le capteur à chaque seconde intersection de sa trajectoire avec la courbe à détecter, de sorte qu'd chaque détection le capteur se déplace dans le même sens par rapport à la courbe. Ceci représente un avantage, en particulier lors de la détection d'un joint à chevauchement entre des tôles par exemple, étant donné que, dans ce cas, le capteur va toujours subir un débattement du même type, ascendant ou descendant, au moment du franchissement du joint. Suivant une autre particularité de l'invention, on équilibre la trajectoire de balayage transversal relativement à la courbe à détecter. Ainsi, on peut comparer, lors de ce balayage transversal, la distance parcourue par le capteur à partir d'un point d'inversion de course de balayage, jusqu'au franchissement de la courbe, avec la demi-amplitude de balayage transversal, ou bien comparer entre elles les deux incursions latérales du curseur de chaque côté de la courbe. Une différence est alors exploitée en sens et en grandeur pour corriger l'orientation de la trajectoire-enveloppe de balayage du capteur, afin de réaliser une auto-adaptation au profil de la courbe à détecter. Ainsi, le capteur va pouvoir suivre un profil même relativement complexe dans le plan de la pièce sur laquelle un travail doit être effectué. Lors du franchissement d'un joint à souder entre des tôles, un capteur subit un "débattement" axial dû à la discontinuité de la surface palpée. Suivant une autre particularité encore de l'invention, on compare la détection fournie par le capteur, représentant son débattement lors de l'intersection de la courbe à détecter, avec un débattement de consigne défini à l'avance. Ainsi, dans le cas d'un joint à aboutement, on peut déterminer une variation anormale de la largeur de ce joint, notamment un joint trop large, qui en cas de soudure pourrait être ensuite défectueux. Cette caractéristique est également particulière ment intéressante dans le cas d'un joint à chevauchement, par exemple entre des tôles à souder. Dans un tel cas, la comparaison mentionnée entre le débattement de consigne du capteur et son débattement réel lors de l'intersection du joint permet de déceler par exemple un bâillement des tôles, qui pourrait également avoir pour conséquence la réalisation d'un joint soudé défectueux. Dans le cas d'un tel joint à chevauchement, on peut également détecter une mauvaise position relative des tôles à souder par exemple en comparant la trajectoire transversale du capteur obtenue par l'optimisation de séries de points de détection de position momentanée, avec une trajectoire de consigne devant être obtenue pour une position relative correcte des tôles se chevauchant. Llinvention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé en vue de la détection au moyen d'un capteur du profil d'une courbe devant être suivie par un outil sur une pièce, comportant des moyens pour déplacer ce capteur le long de cette courbe, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour déplacer ce capteur indépendamment de son mouvement le long de la courbe, en un mouvement de balayage par des courses latérales successives de part et d'autre de la courbe à détecter, et des moyens pour émettre une information à partir de ce capteur lors du franchissement de cette courbe, afin de fournir une succession de points de détection pouvant être exploités pour la commande du déplacement de cet outil selon ladite courbe. Suivant un mode de réalisation possible, les moyens de déplacement transversal du capteur commandent le mouvement de celui-ci selon un balayage simple en va-et-vient, ce qui fournit, par superposition avec le déplacement du capteur le long de la courbe, un déplacement résultant en zigzag. Suivant une variante, des moyens sont prévus pour faire varier la vitesse de déplacement latéral du capteur, afin de fournir un mouvement résultant selon une sinusoïde. Suivant une autre variante, les moyens de déplacement sont agencés de façon à immobiliser temporairement le capteur en fin de course de balayage, pour lui faire décrire alors un segment de droite parallèle à la direction de sa course le long de la courbe, en fournissant ainsi un balayage en créneaux. Des moyens sont prévus de préférence pour ne déclencher l'émission d'une information à partir du capteur que dans un seul sens d'intersection de sa trajectoire avec la courbe à détecter. Suivant un mode de réalisation, des moyens engendrent une grandeur de consigne correspondant à une demi-amplitude de balayage, et d'autres moyens comparent la course du capteur entre sa position d'inversion de course de balayage et son franchissement de la courbe à détecter avec cette valeur de consigne, d'autres moyens encore détectant la valeur et le sens de la différence résultant de cette comparaison pour rectifier la direction de la trajectoire-enveloppe du balayage. Suivant une variante, des moyens sont prévus pour comparer les distances ou les temps d'incursion de part et d'autre de la courbe, et d'autres moyens exploitent la différence éventuellement détective pour rectifier la direction de cette trajectoire-enveloppe de balayage. Suivant une autre particularité encore, des moyens sont prévus pour fournir un débattement de consigne correspondant au débattement calculé du capteur lors du franchissement de la courbe, et d'autres moyens comparent le débattement réel du capteur avec ce débattement de consigne, pour fournir une information relative à la nature ou aux caractéristiques du point de la courbe de travail franchi par le capteur. La description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, donné à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. La Fig. 1 est une représentation schématique de la trajectoire d'un capteur résultant de la superposition d'un mouvement de balayage à son déplacement le long d'une courbe. La Fig. 2 est une représentation schématique à grande échelle, illustrant le mouvement d'un capteur à contact lors du franchissement d'un joint à chevauchement entre des tôles. La Fig. 3 est une représentation graphique montrant une courbe obtenue pour une position correcte de tôles se chevauchant. La Fig. 4 est une représentation qraphique analogue, mais correspondant à un joint incorrect. Comme indiqué, on a proposé, pour assurer la commande du déplacement d'un outil devant effectuer un travail sur une pièce d'utiliser un capteur précédant l'outil le long de la courbe correspondant au travail à effectuer et fournissant une série d'informations ponctuelles qui, après transformation en une courbe, sont utilisées pour la commande de l'outil. En montant ce capteur et cet outil sur un support définissant un référentiel relativement à la pièce, on peut ainsi obtenir un déplacement précis de l'outil en fonction du travail devant être effectué. Un moyen de ce type est utilisable pour de nombreuses applications industrielles, notamment pour la réalisation de soudures entre des tôles afin de former des joints. Sur la Fig. 1, on a indiqué en 1 une courbe que l'on supposera ici, pour faciliter la description, être le bord 2 d'une tôle chevauchant une autre tôle 4 sur laquelle elle doit être soudée (Fig. 2). On a indiqué (également en Fig. 2) en 5 un capteur à contact muni d'une touche qui réalise de façon connue la détection requise par contact avec les parties conjuguées. On comprend aisément en regardant la Fig. 2 que si ce capteur 5 est déplacé le long du bord 2 de la tôle supérieure 3, c'est-à-dire en fait le long de la courbe 1, un "accident" quelconque du profil de ce bord 2, tel qu'un point d'agrafage du type utilisé couramment dans ce cas pour réaliser une fixation relative préalable entre les tôles, évitant leur déplacement lors du travail va provoquer un déplacement du capteur qui va ainsi sublr une dérive et qui devra être repositionné. Suivant l'invention et comme montré sur la Fig. 1, on soumet ce capteur, au cours de son déplacement dans le référentiel selon l'axe X correspondant à la direction générale de la courbe 1, d un mouvement de balayage latéral en Y, c'est-à-dire dans le plan des tôles, ce mouvement en Y étant indépendant du déplacement ultérieur de l'outil selon le même axe de coordonnées. Suivant le mode de réalisation considéré, on immobilise chaque fois temporairement le capteur en fin de course de son balayage latéral, de sorte que ce capteur effectue dans chaque position de fin de course de part et d'autre de la courbe 1 un court déplacement paallèle d cette courbe, puis un mouvement de balayage transversal. Ceci fournit un déplacement d'ensemble en créneaux, comme cela est bien visible sur la Fig. 1. Etant donné que le mouvement du capteur selon l'axe X est un mouvement continu, les flancs de ces créneaux sont inclinés. Au cours de ce mouvement de balayage, lors du franchissement de la courbe 1, on assure par le capteur la détection d'un point de positionnement. La succession de ces points sera ensuite interprétée de la façon déjà proposée pour obtenir la courbe requise de déplacement de l'outil. On comprend que, du fait de ce mouvement de balayage, le capteur franchit le joint dans une direction sensiblement perpendiculaire, de sorte qu'il n'est pas soumis à l'effet des dérives pouvant résulter d'un accident de profil de la courbe 1. Par ailleurs, le mouvement de balayage du capteur en Y dans le référentiel se fait indépendamment de son déplacement longitudinal en X, ainsi que du déplacement de l'outil, et du fait que cette commande positive indépendante, même si le capteur rencontre à un point d'intersection de la courbe 1 et de sa trajectoire par exemple un agrafage de tôle, il est ramené automatiquement dans la position de balayage requise après le franchissement de cet agrafage. Il en résulte alors simplement l'obtention d'un point aberrant, qui sera éliminé lors de la transformation de la série de points détectés en une courbe de déplacement de l'outil. Suivant un mode de mise en oeuvre préférentiel, on ne provoque la détection d'un point de la courbe 1 par le capteur que dans un sens de franchissement de cette courbe, comme indiqué par les points 6 sur la Fig. 1, ce qui facilite l'interprétation de cette détection, en particulier dans le cas correspondant à la Fig. 2 dans laquelle le capteur détecte la position d'un joint à chevauchement, étant donné que dans ce cas le déplacement du capteur entre une tôle et l'autre se fera toujours dans le même sens. On a indiqué en pointillé en 7 sur la Fig. 1, une déviation de la courbe 1. Il apparaît de façon évidente que, dans un tel cas, si la trajectoire d'ensemble du capteur n'était pas modifiée, il en résulterait un décalage latéral de cette trajectoire par rapport à la courbe déviée 7 et, éventuellement même, une absence de détection. On comprend également de façon évidente qu'une déviation de ce genre aura pour conséquence un déséquilibre entre les demi-amplitudes de balayage de part et d'autre de la courbe 1. Suivant l'invention, on détecte cette variation et cette différence des demi-amplitudes de balayage, soit entre elles, soit avec une grandeur de consigne et on exploite la différence résultante, en valeur et en signe, pour modifier le mouvement d'ensemble du capteur le long de la courbe 1, c'est-à-dire qu'on fait subir à ce mouvement d'ensemble un déplacement latéral en Y qui tient compte du profil de la courbe 1 exactement comme si le capteur suivait linéairement cette courbe. On constate à l'examen de la Fig. 2, que, lors de sa course de balayage transversal le capteur à contact représenté (un résultat analogue serait obtenu dans le cas d'un capteur b proximité) va d'abord se déplacer sur la face supérieure de la tôle 3 (comme indiqué en pointillé en Sa), puis va subir un débattement vers le bas au droit du bord 2 de cette tôle, selon une direction oblique fonction de l'angle au sommet de la touche du capteur, et va ensuite se déplacer sur la face supérieure de la tôle 4. Ainsi, ce capteur va subir d'abord un déplacement horizontal, puis un déplacement oblique, et ensuite à nouveau un déplacement horizontal. Suivant l'invention on émet à partir du capteur, au cours de chacun de ces déplacements, un certain nombre d'informations ponctuelles. Ces informations ont été représentées, pour la position relative des tôles illustrée par la Fig. 2, par de petits rectangles sur la Fig. 3. On voit que le groupe de points indiqué en 8 correspond à la face supérieure de la tôle 3, le groupe de points indiqué en 9 représente le déplacement vers le bas du capteur lorsqu'il franchit le bord 2 de la tôle et le groupe 10 correspond au déplacement sur la face supérieure de la tôle 4. On peut, d'une façon en soi connue, par l'une des méthodes classiques dans ce domaine, par exemple par la méthode des moindres carrés, tracer un profil d'optimisation correspondant à ces groupes de points. Dans le cas présent, ce profil est indiqué en il sur la Fig. 3. Il comprend trois segments de droites qui representent les trois déplacements principaux du capteur 5. Pour une famille donnée de conditions, concernant les caractéristiques de la touche du capteur et les épaisseurs de tôles, on peut définir aisément une courbe théorique de déplacement du capteur lors du franchissement du bord 2 de la tôle 3, c'est-à-dire en fait du joint à souder. Une telle courbe théorique est indiquée en 12 sur la Fig. 3. La comparaison de la courbe d'optimisation 11 avec la courbe théorique 12 permet alors une vérification automatique de la position relative correcte des tôles pour la réalisation du joint. Une telle détection sera mieux comprise encore à l'examen de la Fig. 4. On a représenté sur celle-ci trois groupes de points 13, 14 et 15, qui correspondent aux groupes 8, 9 et 10 de la Fig. 3, et on a indiqué en 16 la courbe d'optimisation résultante. On voit sur cette Fig. 4 que le segment de droite correspondant au groupe 13 est incliné vers le bas, tandis que celui correspondant au groupe de points 15 se dirige vers le haut. L'absence de parallélisme entre ces deux segments de droites correspond à une absence de parallélisme entre les faces supérieures des tôles 3 et 4, c'est-à-dire à une position relative incorrecte des tôles à souder. Le cas représenté sur la Fig. 4 correspond à un pincement des tôles. Une relation inverse correspondrait à un bâillement. Cette détection faite relativement à la courbe de consigne 12 peut être exploitée pour arrêter le travail, afin de corriger ce défaut de position des tôles. Un résultat analogue serait obtenu dans le cas d'un joint à aboutement, si ce joint est trop étroit ou trop large, en comparant les courbes d'optimisation avec des courbes de consiqne correspondant à une largeur de joint correcte. Ainsi, l'invention permet de remédier aux inconvénients résultant d'un déplacement linéaire du capteur et fournit, en outre, un moyen de contrôle de la position relative des pièces, telles que des tôles, devant être réunies par exemple par soudage. Des modifications peuvent être apportées aux modes de mise en oeuvre décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la détection, au moyen d'un capteur, du profil d'une courbe devant être suivie par un outil sur une pièce, caractérisé en ce qu'on superpose au déplacement du capteur le long de la courbe, un mouvement de balayage par des courses latérales successives de part et d'autre de cette courbe, et on émet une information à partir de ce capteur lors du franchissement de ladite courbe. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le balayage est effectué selon une trajectoire en zigzag, avec une inversion brusque du mouvement du capteur à chaque position de fin de course transversale. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on commande de façon appropriée la vitesse de balayage transversal du capteur pour obtenir pour celui-ci une trajectoire sinusoldale. 4.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on immobilise latéralement le capteur dans chaque position de fin de course transversale de façon à obtenir des pas de déplacement longitudinaux de part et d'autre de la courbe, fournissant un balayage en créneaux. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise la détection d'un point de la courbe par le capteur à chaque seconde intersection de sa trajectoire avec la courbe à détecter. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on compare les demi-amplitudes de balayage du capteur de part et d'autre de la courbe, définies lors de la détection, soit entre elles, soit avec des valeurs de consigne, et on exploite une différence éventuelle, en valeur et en signe, pour rectifier la direction de la trajectoireenveloppe du mouvement de balayage du capteur afin de réaliser une autoadaptation au profil de la courbe détectée. 7.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, appliqué à la détection d'un joint entre des pièces, notamment d'un joint entre des tôles à souder, selon lequel le capteur subit un débattement axial lors du franchissement du joint, caractérisé en ce qu'on compare le débattement du capteur lors de l'intersection de sa trajectoire avec le joint avec débattement de consigne défini à l'avance, ce qui fournit une détection des défauts éventuels des joints entre les pièces. 8.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, en vue de la détection, au moyen d'un capteur, du profil d'une courbe devant être suivie par un outil sur une pièce, comportant des moyens pour déplacer ce capteur le long de cette courbe, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour déplacer ce capteur, indépendamment de son mouvement le long de la courbe, en un mouvement de balayage par des courses latérales successives de part et d'autre de la courbe à détecter, et des moyens pour émettre une information à partir de ce capteur lors du franchissement de cette courbe, afin de fournir une succession de points de détection pouvant être exploités pour la commande du déplacement de cet outil selon ladite courbe. 9.- Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de déplacement transversal du capteur commandent le mouvement de celui-ci selon un balayage simple en va-et-vient pour fournir, par superposition avec le déplacement du capteur le long de la courbe, un déplacement résultant en zigzag. 10.- Dispositif suivant la revendication 8, carac e térisé en ce que des moyens sont prévus pour faire varier la vitesse de déplacement latéral du capteur, afin de fournir un mouvement résultant selon une sinusoide. 11.- Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de déplacement sont agencés de façon à immobiliser temporairement le capteur en fin de course de balayage pour lui faire décrire alors un segment de drcite parallèle à la direction de sa course le long de la courbe, en fournissant ainsi un balayage en créneaux. 12.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour ne déclencher l'émission d'une information à partir du capteur que dans un sens d'intersection de sa trajectoire avec la courbe à détecter. 13.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour comparer les demi-amplitudes de balayage du capteur lors de la détection, soit entre elles, soit avec une valeur de consigne, d'autres moyens exploitant la différence éventuellement détectée, en grandeur et en signe, pour rectifier la direction de la trajectoire-enveloppe du balayage par le capteur. 14.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 8 à 13 dans lequel le capteur subit, au moment du franchissement de la courbe, notamment d'un joint entre des pièces, telles que des tôles à souder, un débattement dans le sens axial, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour fournir un débattement de consigne correspondant au débattement calculé du capteur lors du franchissement de la courbe ou du joint, et d'autres moyens pour comparer le débattement réel du capteur avec ce débattement de consigne pour fournir une information relative au point de la courbe franchi par le capteur.