Brevet FR2491807A1 — publié le 19820416

L'invention concerne d'une manière générale le domaine des mécanismes de prise de pièces tels que ceux utilisés pour prendre des pièces ou des outils à transpor- ter, à interchanger, etc. L'invention concerne en particu- lier le type de dispositif de prise pouvant être utilisé de façon typique sur un appareil de chargement de machines ou sur une machine robotisée utilisant un appareil de prise comme élément extrême d'exécution. On a développé des dispositifs de prise de pièces du type à doigts actionnés dans lesquels un doigt de prise ou plus communément deux doigts opposés de prise sont montés de manière à pouvoir pivoter sur un bâti et sont rappelés vers une position de serrage par un organe mécani- que tel qu'un ressort de compression. A des moments choisis, un fluide sous pression est utilisé pour vaincre la force mécanique de rappel afin de déplacer les doigts vers une position de desserrage pour permettre l'extraction ou la mise en place d'une pièce. Dans certains cas, le ressort de serrage de rappel est destiné simplement à aider un élément de serrage principal commandé de manière que, en cas de défaillan- ce de la commande, on obtienne un mécanisme "de _s éeité" qui maintienne le serrage et empêche la pièce de tomber. On a observé que, pendant le transport d'une pièce serrée par un ressort de rappel ou des mécanismes d'applica- tion de force de type analogue, des forces d'accélération momentanées inhabituellement élevées peuvent apparaître et vaincre en fait la force de serrage du ressort, entraî- nant un desserrage de la pièce. Dans ce cas, la pièce peut présenter un défaut de positionnement lors des opérations ultérieures ou peut même tomber complètement et se détériorer. On a éliminé les difficultés soulevées par les dispositifs de l'art antérieur en mettant en oeuvre un verrou destiné au dispositif de prise de pièces et tendant à rendre les doigts de serrage mobiles de façon irréversible sous l'effet de forces extérieures jusqu'à un instant choisi, par exemple le moment o une force de desserrage est appliquée. L'invention a donc pour objet un dispositif de prise à doigts du type à blocage. L'invention a également pour 249 1807 objet un élément de blocage d'un dispositif de prise à doigts, pouvant être aisément appliqué de façon séquentielle avec les forces de commande de serrage et de desserrage. L'invention concerne donc un dispositif de prise de pièces pouvant être amené à proximité d'une pièce à prendre. Le dispositif comporte un bâti portant au moins un doigt de serrage qui pivote sur ce bâti d'une position de desserrage vers une position de serrage, et inversement. Un élément du bâti est monté en face du doigt de serrage afin de coopérer avec ce dernier pour prendre une pièce placée entre cet élément et le doigt, et l'élément du bâti peut être constitué d'un doigt pivotant analogue de serrage, monté sur le bâti. Un actionneur linéaire est articulé par un levier coudé sur le doigt pivotant de serrage et est rappelé par un premier ressort "raide" qui réagit contre le bâti. Lorsque le doigt de serrage est en position de ser- rage, une cale de coincement est appliquée contre ce doigt par un second ressort "mou" qui réagit contre l'actionneur. La cale de coincement porte contre une partie de blocage située sur le doigt afin d'empêcher ce dernier de s'ouvrir sous l'effet d'une force extérieure. L'actionneur et la cale de coincement sont des éléments cylindriques coaxiaux et l'actionneur comporte un piston logé dans un cylindre de la cale de coincement. Des orifices ménagés à l'intérieur de l'actionneur permettent à un fluide sous pression d'être dirigé vers la cavité du cylindre. A ce moment, la cale de coincement est d'abord rétractée du doigt de serrage en vainquant la force du second ressort "mou" de rappel. La cale de coincement continue dans un premier sens, vers l'arrière, jusqu'à ce qu'elle porte contre un épaulement fixe situé dans le bâti. A ce moment, elle "se bloque" et le piston de l'actionneur est alors forcé en sens opposé afin de s'éloigner de l'épaulement en vainquant la force du premier ressort "raide" de rappel et en faisant pivoter le doigt vers une position "d'ouverture". Ensuite, l'échappe- ment de la pression du fluide contenu dans la cavité du cylindre provoque successivement l'application des forces de rappel d'abord à l'actionneur, puis à la cale de coince- ment, ce qui fait pivoter le doigt vers une position de "fermeture" et provoque son blocage. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une vue partielle en perspective d'une machine comportant un appareil de chargement muni du dispositif de prise de pièces selon l'invention; la figure 2 est une coupe longitudinale partielle du dispositif de prise de pièces selon l'invention; la figure 3 est une coupe longitudinale partielle schématique du dispositif de prise de pièces selon l'inven- tion; la figure 4 est une coupe analogue à celle de la figure 3, montrant un dispositif immédiatement après le début de l'application de la pression du fluide; et la figure 5 est une coupe analogue à celle de la figure 3, montrant le dispositf immédiatement après la fin de l'application de la pression du fluide. La figure 1 représente une machine-outil, par exem- ple un tour 10 destiné à l'usinage de pièces 11 de révolution. Les pièces 11 sont interchangées entre la machine-outil et un transporteur 12 disposé à l'extrémité de la machine , au moyen d'un chargeur classique 13 à arbre qui comprend d'une manière générale une structure comportant un châssis 14 placé en hauteur et portant un système 15 de glissières, et un chariot 16 de chargement qui peut être déplacé le long du système 15 de glissières par un moteur 17 et une vis 18 représentés. Le chariot 16 porte deux dispositifs 19 de prise de pièces qui se comportent comme des "mains" d'opérateur pour soulever une pièce finie 11 de la machine et introduire une pièce brute 11 dans la machine. La pièce finiell est ensuite transportée vers l'extrémité de la machine 10 afin d'être déposée sur le transporteur 12 et, à ce moment, une pièce brute 11 est choisie sur le transpor- teur 12 et ramenée dans la zone d'usinage pour un échange ultérieur. Les dispositifs 19 de prise de pièces comportent des cylindres 20 de positionnement destinés à déplacer en ligne droite chacun des dispositifs 19 dans la direction indiquée par les flèches. Cependant, il convient de noter que dans le cas o le dispositif 19 de prise de pièces selon l'invention est fixé à l'élément extrême d'exécution d'un bras de robot tel que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 4 068 536, le cylindre de position- nement peut être supprimé, car le bras de robot peut être articulé pour présenter la pièce prise dans sa position finale. Ainsi, le chargeur 13 représenté sur la figure 1 n'entre pas dans le cadre de l'invention,et il correspond d'une manière générale à la technique actuelle. Le dispositif 19 de prise de pièces comporte un bâti 21 qui contient le mécanisme de prise et, dans des applications o le dispositif 19 est monté sur un bras articulé, par exemple celui d'un robot, le bâti 21 est configuré de manière à être fixé directement au bras de robot. Cependant, dans la forme particulière de réalisation représentée sur la figure 1, le bâti 21 se présente sous la forme d'un corps cylindrique qui est monté de manière à pouvoir coulisser dans un bloc 22 de support du chargeur, une bride 23 (figure 2) étant fixée au bâti mobile 21 et au piston 24 du cylindre fixe 20 de positionnement de ma- nière que le bâti 21 puisse être avancé et reculé commodé- ment dans la direction des flèches. La coupe de la figure 2, représentant l'un des dispositifs 19 de prise de la figure 1, montre que le corps cylindrique 25 du bâti 21 du dispositif de prise peut coulisser dans deux paliers 26 du bloc 22 de support. Ce dernier comporte plusieurs pattes 27 qui présentent des trous oblongs 28 de réglage et qui sont fixées au chariot 16 par des vis (non représentées). L'extrémité avant 29 du bâti 21 du dispositif de prise est filetée et comporte un carter 30 de doigts (représenté comme étant réalisé d'une seule pièce avec la bride 23) vissé sur cette extrémité avant de manière que les deux éléments 21 et 30 forment un seul bloc porté (les termes "avant" et "arrière" utilisés dans le présent mémoire sont destinés uniquement à orienter le lec- teur par rapport aux dessins et n'ont aucun rapport avec l'orienta- 249 1807 tion dans l'espace du dispositif de prise). Le carter des doigts porte deux axes 31 de pivotement qui peuvent tourillonner dans ce carter et sur lesquels sont fixés deux doigts 32 de serrage. Les doigts 32 de serrage sont configu- rés de manière à s'ajuster sur une pièce choisie 11 et ils sont disposés l'un en face de l'autre, de part et d'autre de l'axe central 33 du bâti 21 afin d'exercer des forces diamétralement opposées lorsque la pièce 11 est prise. Une partie 34 en forme de levier coudé de chaque doigt 32 de serrage est fixée à l'axe correspondant 31 de pivotement par un axe 34a, et ces parties 34 sont orientées l'une vers l'autre. Chaque levier coudé 34 se présente sous la forme d'une dent courte de section décroissante vers son sommet, logée dans une rainure 35 de section correspondante, ménagée dans un actionneur linéaire 36. Le levier coudé comporte également un corps 34b entourant l'axe 31 de pivote- ment. L'actionneur linéaire 36 peut se déplacer le long de l'axe central 33 du dispositif 19 sur lequel il est centré, de manière à être articulé sur les doigts 32 de serrage. Lorsque l'actionneur linéaire 36 est déplacé le long de son axe 33, le mouvement est donc converti par les leviers coudés 34 en forces radiales égales et opposées de serrage des doigts 32 sur la pièce 11. Une surface inclinée 37 s'étend à partir de la base du levier coudé 34 en formant un angle ouvert vers l'arrière avec l'axe central 33 du dispositif 19. Une cale cylindrique 38 de coincement est montée axialement de manière à pouvoir se déplacer dans un alésage avant 39 du bâti 21 du dispositif de prise. L'alésa- ge 39 part d'un épaulement intérieur avant 40 du bâti 21. La cale 38 de coincement comporte une partie conique avant 41 pouvant entrer en contact avec les surfaces inclinées 37 des doigts 32 de serrage lorsque cette cale 38 est dépla- cée vers l'avant. L'actionneur linéaire 36 comporte un piston 42 monté de manière à pouvoir tourner et glisser dans un alésage cylindrique 43 ménagé dans l'extrémité avant de la cale 38 de coincement. L'alésage cylindrique 43 aboutit à une surface épaulée 44 ménagée à l'intérieur de la cale 38 de coincement pour former une chambre expansible 45 de pression. L'actionneur 36 comporte un premier tronçon d'arbre 46 de diamètre réduit qui part vers l'arrière du piston 42 en passant dans un alésage 47 de la cale 38 de coincement, et ce premier tronçon d'arbre 46 aboutit à un tronçon intermédiaire fileté 48 sur lequel est vissée une bague 49 bloquée au moyen d'une vis 50 et formant un premier épaulement 51 sur l'actionneur 36. L'actionneur linéaire 36 comporte un second tronçon-d'arbre 52 de diamètre réduit qui part du tronçon intermédiaire fileté 48 et aboutit à un tronçon extrême fileté 53, encore plus réduit. L'ac- tionneur 36 porte un élément 54 en forme de disque qui est retenu sur le second tronçon 52 de l'arbre par des écrous 55 et 56 de blocage afin de former un second épaulement 57 sur cet actionneur linéaire 36. Le premier tronçon 46 de l'arbre de l'actionneur 36 porte un manchon 58 qui comprend une partie tubulaire 59 et une tête élargie 60 portant contre le premier épaulement 51 de l'actionneur 36. Un ressort avant 61 de compression, soumis à une précharge initiale, est disposé entre la tête 60 du manchon 58 et la cale 38 de coincement afin que cette dernière tende à être déplacée vers l'avant et éloignée de l'épaulement 51 de l'actionneur 36. La partie tubulaire 59 du manchon 58 correspond étroite- ment au diamètre intérieur du ressort 61 de compression afin d'empêcher ce dernier de flamber. Le bâti 21 du dispositif de prise présente un alésage arrière 62 partant de l'extrémi- té arrière 63 du bâti 21 et aboutissant à un épaulement arrière intérieur 64. Un alésage 65 de dégagement traverse le bâti 21, de l'alésage arrière 62 jusqu'à l'alésage avant 39. Un disque 66 de butée, à travers lequel est percé un trou 67 de dégagement, est monté sur l'actionneur linéaire 36 et appliqué contre l'épaulement intérieur arrière 64 du bâti 21. Un ressort arrière 68 de compression est pré- chargé et disposé entre le second épaulement 57 de l'action- neur 36 et le disque 66 du butée afin que l'actionneur liné- aire 36 soit rappelé vers l'arrière, à l'écart de l'épaule- ment 64 du bâti. On peut donc voir que le ressort arrière 68 tend à déplacer l'actionneur vers l'arrière par rapport au bâti 21, et donc tend à déplacer les doigts 32 de ser- rage vers une position de "fermeture" ou de serrage. De même, on peut voir que la cale 38 de coincement tend à être déplacée vers l'avant par le ressort avant 61 par rapport à l'actionneur linéaire 36 et donc à bloquer les doigts 32 de serrage en position de fermeture. La partie extrême 53 de l'actionneur 36 passe dans un trou 69 de dégagement d'un capot 70 qui est emboîté dans l'alésage arrière 62 du bâti 21, et un orifice 71 d'un fluide traverse axialement l'actionneur linéaire 36 jusqu'à un trou 72 percé transversalement dans le premier tronçon d'arbre 46 de l'actionneur 36 et communiquant avec la chambre expansible 45 à fluide.L'orifice 71 est relié à une valve hydraulique 73 (voir figure 3) qui alimente cet orifice 71 en fluide sous pression ou, en variante, le fait communiquer avec un conduit de décharge. Le ressort arrière 68 est très raide par rapport au ressort avant 61 qui est relativement mou, de manière que le cycle approprié d'opérations résulte de l'application de la pression à l'orifice unique à fluide. A titre d'exemple de paramètres pouvant être utilisés et de l'action qui en résulte, on suppose que: (a) la surface utile du cylindre et du piston est égale à 10,45 cm2; (b) la pression du fluide est de 560 N/cm2; (c) la raideur du ressort avant est: K=131,4 N/cm avec une précharge de 445 N; (d) la raideur du ressort arrière est: K=1051,2 N/cm avec une précharge de 3560 N. Selon les paramètres précédents, lorsqu'un fluide sous pres- sion est appliqué à la cavité 45, on obtient une poussée de 5852 N (560 N/cm2 x 10,45 cm2), utilisée pour écarter l'un de l'autre le piston 42 et la cale 38 de coincement. Initialement, lorsque la pression s'élève dans la cavité 45, la cale 38 de coincement, maintenue par rapport à l'actionneur linéaire 36 par le ressort avant mou 61, tend à s'éloigner du piston 46 maintenu fortement en vainquant la force du ressort avant 61 jusqu'à ce que cette cale 38 de coincement "se bloque" contre l'épaulement intérieur avant 40 du bâti 21. A ce moment, la cale 38 de coincement est totalement rétractée par rapport aux doigts 32 de serrage. Lorsque la pression continue de s'élever dans la cavité 45 à fluide, l'actionneur linéaire 36 tend ensuite à se déplacer vers l'avant en s'éloignant de la cale 38 de coincement, à pré- sent maintenue fixement, comprimant ainsi le ressort arrière 68 entre le second épaulement 57 de l'actionneur et le disque 66 de butée du bâti. Le mouvement d'avance de l'actionneur linéaire 36 provoque une inversion des leviers coudés et déplace donc les doigts 32 de serrage vers une position "d'ouverture" ou de desserrage. La pression doit être main- tenue pour que les doigts 32 restent en position d'ouverture. Si l'on souhaite serrer alors une pièce 11, il suffit de relâcher la pression du fluide et il se produit alors la séquence des mouvements suivants: (a) le ressort arrière raide 68 tire d'abord les leviers coudés 34 et les doigts 32 de serrage vers une position de "fermeture", et (b) ensuite, le ressort avant 61, relativement mou, déplace la cale 38 de coincement vers une position de blocage des doigts 32 de serrage. Les figures 3, 4 et 5 illustrent sous une forme schématique le fonctionnement du dispositif de prise. La figure 3 montre que le ressort arrière raide 68 réagit entre le bâti 21, relativement fixe, du dispositif de prise et un épaulement 57 de l'actionneur linéaire, afin de rappeler les doigts 32 de serrage vers une position de fermeture. Le ressort avant mou 61 réagit entre la cale mobile de coincement et l'actionneur linéaire 36 afin de tendre à déplacer la cale 38 de coincement vers une position de blocage contre les surfaces inclinées 37 des doigts 32 de serrage. L'orifice 71 à fluide est représenté comme étant relié à une électrovanne hydraulique 73 à rappel par ressort qui, en position normale, fait communiquer l'orifice 71 avec un conduit 74 de décharge ou de réservoir. Le conduit sous pression de l'électrovanne73 est représenté à l'état fermé. La figure 4 montre la position des éléments immédia- tement après l'excitation de la bobine 76 de l'électrovanne 73, de manière que le conduit 75 sous pression soit mis en communication avec l'orifice 71 de l'actionneur linéaire 36. A ce moment, l'élévation immédiate de la pression dans la 249 1807 chambre à fluide 45 provoque un déplacement vers l'arrière de la cale 38 de coincement et son dégagement des doigts 32 de serrage en vainquant la force de rappel, relativement faible, du ressort avant 61. La cale 38 de coincement se déplace vers l'arrière jusqu'à ce qu'elle porte contre l'épaulement intérieur avant 40 du bâti 21 du dispositif de prise. La figure 5 montre la position des éléments immé- diatement après la disposition de la figure 4 et dans laquel- le la poursuite de l'élévation de la pression à l'intérieur de la chambre 45 provoque un déplacement de l'actionneur linéaire 36 vers l'avant, à l'écart de la cale 38 de coin- cement, à présent maintenue en position fixe, en vainquant la force relativement grande du ressort arrière 68 et en faisant basculer les doigts 32 de serrage vers une position d'ouverture. Comme indiqué précédemment, la pression doit être maintenue pour maintenir les doigts 32 de serrage dans la position d'ouverture et après que la pression a été relR- chée par suite de la disparition du signal appliqué à la bobine 76, la vanne 73 revient dans sa position normale re- présentée sur la figure 3 et le fluide peut s'écouler vers le réservoir, car les ressorts 61 et 68 commencent à tra- vailler en séquence. Initialement, le ressort arrière 68, relativement raide, déplace l'actionneur linéaire 36 vers l'arrière en serrant les doigts 32 sur la pièce 11, puis le ressort avant 61, relativement mou, déplace la cale 38 de coincement vers l'avant par rapport à l'actionneur liné- aire 36, afin de bloquer les doigts 32 de serrage en position de fermeture. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I ON 1. Dispositif de prise de pièces réalisant succes- sivement un serrage et un blocage et du type comportant un bâti (21) sur lequel peuvent pivoter deux doigts opposés (32) de serrage, le bâti (21.) portant un actionneur liné- aire (36) qui est relié aux doigts (32) de serrage et qui est rappelé vers une position de serrage par un premier ressort (68) relativement raide réagissant contre l'action- neur (36) et le bâti (21), ce dernier présentant une chambre expansible (45) de pression utilisée pour vaincre la force du ressort (68) de rappel afin d'entraîner l'actionneur (36) vers une position de desserrage, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte une cale (38) de coince- ment qui peut entrer en contact avec une partie (37) de blocage des doigts (32), qui est portée par le bâti (21) et qui peut être déplacée par rapport à l'actionneur (36) et au bâti (21), un piston (42) de l'actionneur, mobile dans un bloc-cylindre correspondant (43), formant ladite chambre expansible (45) de pression, et un second ressort (61) de rappel, relativement mou, réagissant contre la cale (38) de blocage et l'actionneur (36) afin de forcer ladite cale (38) en position de blocage contre les doigts (32) lorsque ces derniers sont en position de serrage de manière que, lorsqu'un fluide sous pression est appliqué à la chambre (45), la cale (38) se déplace dans un premier sens s'éloigant des doigts (32) par rapport à l'actionneur (36), le bâti (21) vainquant la force du ressort (61) de rappel jusqu'à ce que la cale porte contre un épaulement (40) du bâti, le fluide, en continuant de s'écouler, provoquant un déplacement de l'actionneur (36) en sens opposé par rapport à la cale (38) et au bâti (21), en vainquant la force du ressort-raide (68) de rappel et en déplaçant les doigts de serrage vers une position d'ouverture.