Brevet FR2509648A1 — publié le 19830121

* &A A N 250964 & La présente invention a trait à un ensemble de tête de travail pour montage sur un appareil de type machine- outil et qui comprend au moins deux moyens d'outils adaptés alternativement pour travailler sur une pièce de travail. Dans cette description, le terme-"appareil de ty- pe machine-outil" recouvre des machines, industrielles tel- les que des robots,des tours, des perceuses, etc. On désigne par le termet "robot" dans cette des- cription un appareil comprenant un système de commande à cal- culateur qui permet d'apprendre automatiquement à l'appareil à déplacer un bras vers un certain nombre d'endroits selon des orientations prédéterminées, Selon l'invention, il est prévu un ensemble de tête de travail pour appareil de type machine-outil, cet ensemble comprenant un élément de montage pour permettre à l'ensemble d'être monté sur l'appareil du type machine-ou- til et une tête porte outilsla tête porte-outils compre- nant au moins deux moyens d'outils écartés les uns des au- tres, la tête porte-outils étant montée sur l'élément de montage grâce à un moyen de couplage permettant le dépla- cement de la tête porte-outils relativement à l'élément de montage entre une position dans laquelle un ou des moyens d'outil est en liaison avec un axe d'opération prédétermi- 250 9648 2. né et une position dans laquelle un autre des moyens d'ou- til est en liaison avec cet axe, un moyen de guidage per- mettant de réaliser le déplacement de la tête porte-ou- tils entre ces positions. De préférence, le moyen de guidage comprend un mécanisme à actionneur à vanne. On va maintenant décrire en détail, à titre d'exemple uniquement, une réalisation spécifique d'un en- semble de tête de travail selon l'invention en liaison avec le dessin annexé qui représente une vue de c Cté sché- matique, en coupe partielle d'un ensemble de tête de tra- vail. Le mode de réalisation de tête de travail repré- senté est prévu pour être fixé à la plaque rotative ou au rebord terminal du bras d'une machine dite "Robot Indus- triel Cincinnati Milacron T 3 "pour des applications dans lesquelles une série d'au moins deux opérations d'usinage doivent être réalisées l'une après l'autre dans un certain nombre d'emplacements appris autour de la pièce de travail, A titre d'exemple uniquement, une série'd'opérations peut être constituée par le perçage et l'agrafage consécutifs d'un revêtement de fuselage d'avion sur un chassis sous- jacent associé,le perçage et le rivetage aveugle consécu- tifs d'un revêtement de fuselage d'avion sur un chassis sous-jacent associé ou le perçage et le chanfreinage consé- cutifs d'un trou Dans chacune des séries mentionnées, il est essentiel que les axes d'opérations des première et seconde opérations soient alignés précisément. Il est possible d'apprendre à un robot conven- tionnel à déplacer son bras dans un certain nombre d'en- droits en séquence sur une pièce de travail et bien que, dans une position donnée, le bras puisse être tenu précisé- ment dans cette position, on trouve que la répétabilité du positionnement du bras de robot au même endroit peut ne pas être suffisamment précise pour permettre au robot de réaliser la première opération de la série avec un outil dans un endroit, déplacer son bras jusqu'à un poste de chan-. gement d'outil, changer d'outil puis ramener le bras au 2509648 - 3. même endroit avec une précision suffisante pour permettre à la seconde opération d'être réalisée convenablement De plus,le temps machine nécessaire pour placer le bras pour la première opération, réaliser la première opéra- tion, réaliser le changement d'outil, repositionner l'ou- til et réaliser la seconde opération en chaque endroit ap- pris sur l'ensemble de la pièce de travail est relative- ment important. Dans la réalisation suivante, deux moyens d'outil sont montés sur une tête porte-outils qui est montée en déplacement sur un élément de montage qui est fixé à un bras de robot; en fonctionnement le bras est déplacé vers une position apprise et maintenu dans cette position pen- dant que les deux opérations sont réalisées l'une après l'autre, le changement d'outil étant effectué par pivote- ment de la tête porte-outil par rapport a un élément de mon- tage De cette manière un alignement précis des axes de travail correspondant aux preière et seconde opérations est assure. La réalisation de tête de travail représentée est destinée à être utilisée pour le perçage et l'agrafage d'un revêtement de fuselage d'avion à un chassis sous-ja- cent associé et sera donc programmée pour percer et chan- freiner un trou puis insérer une agrafe dans le trou pour tirer le revltement contre-le châssis sous-jacent Ce cycle d'opé- rations sera répété pour un certain nombre d'emplacements et d'orientations autour de la pièce de travail et le robot aura été programmé au préalable pour déplacer son bras vers chacun de ces emplacements de travail à tour de r Ole. L'ensemble de tête de travail 10 comprend un élé- ment de montage sous forme d'une plaque de base 11 destinée à être fixée à la plaque rotative du bras d'un robot, La plaque de base 11 comprend une paire de pattes 12 (dont l'une seulement est représentée) entre lesquelles est fixé le carter 13 d'un actionneur à vanne 14 La vanne 15 de l'actionneur est fixée à un arbre 16 relié à chacune de ses extrémités à l'une des deux pattes 17 prévues sur un ensemble à balancier 18 Lors du fonctionnement de l'ac- 4. tionneur à vanne 14,1 a vanne 15, solidaire de l'ensemble à balancier est déplacée angulairement par rapport à la plaque de base 11 L'ensemble à balancier 18 est pourvu de deux moyens d'outil, un ensemble de tête de perçage 19 et un ensemble serre-écrou 20, distants angulairement de 67 1/2 par rapport à l'arbre 16, L'ensemble à balancier comprend une paire d'inserts en acier 21 et deux micro- interrupteurs fin de course 22 qui coopèrent avec des bu- tées fin de course 23 prévues sur la plaque de base 11 pour. limiter l'arc du mouvement de l'ensemble à balancier entre une position dans laquelle l'ensemble à tête de perçage 19 est aligné avec un axe de travail A (c'est-à-dire la posi- tion représentée sur la figure) et une position dans laquel- le l'ensemble serre-écrou 20 est aligné avec l'axe de tra- vail A, Qn remarquera que lez lignes de travail de l'ensem- ble à t 8 te de perçage 19 et de l'ensemble serre-écrou 20, lorsque chaque ensemble est dans sa position de travail, passe par l'axe de l'arbre 16 et par le centre de la plaque de base 11, 2 Q L'ensemble de tête de perçage 19 comprend un sup- port de base 24 fixé à l'ensemble à balancier 18 et porte de façon fixe une paire de colonnes 25 (dont une seulement est représentée) Une console de support de perçeuse est montée à coulissement sur les colonnes 25 au moyen d'une paire de trous forés Le mouvement de coulissement s'effec- tue au moyen d'une paire de vérins pneumatiques 27 agis- sant entre le support de base 24 et la console de support de perçeuse 26, un micro-interrupteur 24 ' permettant de détecter le moment o ces deux éléments sont totalement rap- prochés, Une perçeuse pneumatique 28 est supportée par 1 l console de support de perçeuse 26 au moyen d'éléments de montage avant et arrière souples 29, 29 ' respectivement, qui permettent une adaptation d'approximativement 4 Les éléments de montage Adaptatifs comprennent chacun des sur- faces d'ajustement sphériques recouvertes d'un fluorocarbo- ne Les éléments de montage adaptatifs peuvent être pré- contraints à un degré désiré au moyen d'un boulon creux 30 fixé à l'extrémité arrière de la perçeuse 28 L'extrémité avant de la perçeuse 28 comporte un logement de tête de perçeuse 31. L'ensemble serre-écrou 20 comprend un support 32 ayant la forme générale d'un C, qui est fixé à l'ensem- ble à balancier 18 Une paire de colonnes 33 (dont l'une seulement est représentée) s'étend entre les ailes du sup- port 32 et supporte à coulissement un serre-écrou pneuma- tique 34 Le mouvement de coulissement du serre-écrou 34 est réalisé par un vérin pneumatique 35 logé dans une exten- sion du support 32, un micro-interrupteur 34 ' détectant le moment o le serre-écrou 34 est totalement rétracté, Le serre-écrou 34 peut tenir une agrafe de revêtement de fuse- lage, l'insérer dans un trou foré, puis faire monter l'écrou sur l'agrafe de revêtement de fuselage et le ser- rer selon un couple désiré localement pour fixer le revê- tement de fuselage d'avion au châssis sous-jacent sous des pressions comprises typiquement entre 3,5 à 7,105 Pa, et puis relâcher l'agrafe. Dans cette description, le terme "agrafe de revê- tement de fuselage" est utilisé pour désigner un dispositif comprenant une partie de corps ayant un trou longitudinal dans lequel est monté à coulissement un myen d'agrafe Le moyen d'agrafe comporte une partie en forme de fourche dont les ailes sont écartées et supportent des butées qui vien- nent en engagement dans les lèvres d'un trou foré, ainsi qu'une partie d'arbre filetée Les ailes de la partie en forme de fourche s'étendent à travers une extrémité du trou de la partie de corps tandis que la partie filetée s'étend à travers l'autre extrémité et supporte un écrou Le serra- ge de l'écrou oblige la partie en forme de fourche à se rétracter à l'intérieur de la partie de corps. On va maintenant décrire une séquence d'opéra- tions typique En position de départ, l'ensemble à balan- cier 18 est placé de telle façon que l'ensemble à tête de perçage 19 est aligné avec l'axe de travail A L,'ensemble à tête de perçage 19 est totalement rétracté et le moteur 6 e de la perçeuse arrêté,et l'ensemble serre-écrou 20 est to- talement rétracté Toutes ces positions sont détectées élec- triquement et peuvent être affichées sur un tableau. Le bras du robot est conduit automatiquement à sa position de départ apprise, celle-ci alignant l'ensemble de perçage selon un angle calculé perpendiculairement au revêtement de fuselage Le bras place l'ensemble de telle façon que l'extrémité de perçage surplombe le revêtement de fuselage de 10 mm, Une fois que cette position a été établie,le système dée cowane dé l'ensemble de tête de travail 10 est activé Les vérins 27 sont activés pour fai- re avancer la perçeuse pneumatique 28 et amener ainsi l'ex- trémité de la perçeuse et son logement 31 en contact avec le revêtement de fuselage, le logement 31 pressant ferme- ment le revêtement contre le chassis de support sous-ja- cent Quand ceci a été réalisé, la pression dans la condui- te d'alimentation pneumatique des vérins 27 s'élève jus- qu'à une condition d'arrêt et ceci est détecté par le sys- tème de commande qui amène la perceuse pneumatique à être activée Une fois qu'un trou a été percé dans le revête- ment et le chassis sous-jacent, la perçeuse est arrêtée et les vérins pneumatiques 27 contractés pour rétracter l'en- semble de perçage 19 Une rétraction totale de l'ensemble de tête de perçage 19 est détectée électriquement au moyen d'un micro-interrupteur 24 '. Le système de commande de l'ensemble de tête de travail 10 active ensuite l'actionneur à vanne 14 pour faire pivoter l'ensemble à balancier 18 de 670 1/2 de tel- le façon que l'ensemble serrerécrou 20 soit aligné avec l'axe de travail A Cette action est assistée au moyen de l'insert de relevage 21 venant en contact avec la butée as- sociée 23 sur la plaque de base 11, et Amenant le micro- interrupteur 22 associé à être actionné L'ensemble serre- écrou 20 nanti d'une agrafe de revêtement est ainsi posi- tionné directement au-dessus du trou précédemment percé et chanfreiné maislo 1 mm u-dessus du revêtement de fuselage. Les vérins 35 sont alors actionnés de façon à faire avan- cer le serre-écrou et l'agrafe de fuselage Ce mouvement -2509648 7. continuera jusqu'à ce que l'agrafe de fuselage ait complè- tement pénétré dans letrou précédemment percé et que l'ex- trémité statique du serre-écrou ait pressé le revêtement de fuselage contre son châssis sous-jacent Dans cette po- sition, la pression appliquée aux vérins pneumatiques 35 s'élève jusqu'à la condition d'arrêt et ceci est détecté par le système de commande de l'ensemble de tête de tra- vail 10 Le système de commande conduit en conséquence, l'ensemble serreécrou à être actionné pour faire monter l'écrou sur l'agrafe de fuselage jusqu'au couple désiré, serrant ainsi l'agrafe de fuselage en position Une fois que ceci a été réalisé, l'ensemble serre-écrou 2 Q est rétracté à sa position de départ, Le robot est ensuite guidé jusqu'à ce que l'en- semble serre-écrou soit positionné en communication avec un magasin d'agrafes de fuselage, et une autre agrafe de fuselage est alors transférée au serre-6 crou 20. L'actionneur à vanne 14 est alors actionné de fa- çon à faire revenir l'ensemble de tête de travail 10 à sa position de départ. Le bras de robot est alors amené par son systè- me de commande à sa position pré-programmée suivante et le cycle est répété. La réalisation ci-dessus a été décrite en fai- sant spécifiquement référence à une opération de perçage et d'agrafage On doit souligner que l'invention s'étend à des ensembles de tête de travail pour la réalisation d'une quelconque série d'opérations nécessitant l'alignement des premier et second axes de travail, par exemple le perçage et le rivetage. Tandis que la réalisation ci-dessus a été décri- te en faisant référence à l'usage d'une tête de travail sur une machine dite "Robot Industriel Cincinnati Milacron T 3 ",la tête de travail peut être utilisée avec une autre machine industrielle, par exemple un tour. Les écartements angulaires des deux moyehs d'outil peuvent être différents de 67 1/2, à volonté. 09648 8. L'appréciation de certaines des valeurs de mesu- res indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités' anglo-saxonnes en unités métriques, La présente invention n'est pas, limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art, 9. REVENDICATIONS 1 Ensemble de tête de travail ( 10) pour appa- reil de type machine-outil, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de montage ( 11) permettant à l'ensemble d'être fixé à l'appareil de type machine-outil et une tête porte- outils ( 18), la tête porte-outils comprenant en des posi- tions écartées les unes des autres, au moins deux moyens d'outil ( 19, 20) , la tête porte-outis étant montée sur l'élément de montage par des moyens de couplage ( 16) permet- tant le déplacement de la tête porte-outis relativement à l'élément de montage entre une position dans laquelle l'un des moyens d'outil ( 19) est en liaison avec un axe A de travail prédéterminé et une position dans laquelle un autre moyen d'outil ( 20) est en liaison avec l'axe prédéterminé, un moyen ( 14) de guidage étant prévu pour réaliser le dé- placement de la tête porte-outis entre les positions. 2 Ensemble de tête de travail selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que les moyens de couplage ( 16) sont sous la forme de moyens à pivot. 3 Ensemble de tête de travail selon la reven- dication 2, caractérisé en ce que la tête porte-outils ( 18) comprend deux moyens d'outil ( 19, 20) et en ce que des moyens de butée ( 23) sont prévus pour limiter le mouvement de pivotement de la tête porte-outis entre une position dans laquelle un des moyens d'outil ( 19) est en liaison avec l'axe A de travail prédéterminé et une position dans laquelle l'autre moyen d'outil ( 20) est en liaison avec ce- lui-ci. 4 Ensemble de tête de travail selon l'une 3 Q quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen ce guidage ( 14) comprend un mécanisme d'actionneur à vanne, Ensemble de tête de travail selon l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un des moyens d'outil comprend un dispositif de perçage ( 19) et en ce qu'un autre moyen d'outil comprend un dis- positif de rivetage, 10. 6 Robot comprenant un bras mobile, un moyen de commande à calculateur pour déplacer le bras dans une sé- rie de positions prédéterminées, un moyen de montage ( 11) fixé au bras et supportant en pivotement une tête porte- outil ( 18), la tête porte-outis comprenant en des positions écartées l'une de l'autre deux moyens d'outil ( 19, 20), la tête porte-outis pouvant pivoter relativement à l'élément de montage entre une position dans laquelle l'un des moyens d'outil ( 19) est en liaison avec un axe A de travail pré- déterminé relativement à l'élément de montage et une posi- tion dans laquelle l'autre moyen d'outil ( 20) est en liai- son avec l'axe prédéterminé.