Brevet FR2557004A1 — publié le 19850628

-- 1 -- TETE A SIX AXES DE CORRECTION DE MOUVEMENTS. La présente invention anotamment pour objet de permettre le montage adaptatif d'un élément sur un support grâce à un outil mobile muni d'une part de moyens de retenue de l'élément et d'autre part de capteurs détectant la proximité du support et délivrant des signaux de com- mande aux moyens d'entraînement de l'outil mobile de montage pour le positionner correctement par rapport au support. Un tel outil mobile de montage a déjà été décrit dans la demande de brevet d'invention français n 81/15 266 publiée sous le n 2 510 933. Ce document décrit et représente un outil pour réaliser la pose automatique d'un élément de vitrage sur une caisse de véhicule avec une bonne précision de la localisation dans l'espace du point de chargement et de celui de dépose de l'élément de vitrage. On constate toutefois que la précision de montage obtenue par cet outil de pose n'est pas suffisante dans certaines applications et notamment dans le cas de la pose des éléments de vitrage qui sont collés sur la caisse et qui nécessitent une très grande précision dans le positionnement par rapport à la caisse, l'élé- ment de vitrage n'étant plus reçu dans un joint péri- phérique absorbant les dispersions. Le problème particulier relatif à la pose des éléments de vitrage collés qui vient d'être évoqué a amené la demanderesse à développer une tête de correction de mouvements qui puisse être montée à l'extrémité d'un outil mobile de pose tel que par exemple un bras de 49398 11676 - 2 - robot ou d'automate qui permette de réaliser avec la plus grande précision possible le montage adaptatif d'un élément sur un support. Dans ce but, l'invention propose une tête à six axes de correction de mouvements équipant un outil mobile pour le montage adaptatif d'un élément sur un support muni d'une part de moyens de retenue de l'élément et d'autre part de capteurs détectant la proximité du support et délivrant des signaux de commande aux moyens d'entraînement de l'outil mobile de montage pour le positionner correctement par rapport au sup- port, caractérisée en ce qu'elle comporte un châssis supérieur fixé à l'outil mobile de montage définissant un premier plan géométrique Pl, un châssis intermé- diaire définissant un second plan géométrique P2 et relié au châssis supérieur par des premiers moyens moteurs permettant d'effectuer deux translations TX1, Ty1 du plan P2 parallèlement au plan P1 selon deux axes orthogonaux OX1, OY1 du plan P1 et une rotation Rzl du plan P2 autour d'un axe OZl orthogonal au plan Pl, un châssis inférieur définissant un troisième plan géométrique P3 et relié au châssis intermédiaire par des seconds moyens moteurs permettant d'effectuer une translation Tz2 du plan P3 par rapport au plan P2 selon un axe orthogonal OZ2 au plan P2 et deux rota- tions RX2, RY2 du plan P3 autour de deux axes orthogo- naux OX2, OY2 du plan P2' les moyens de retenue de l'élément étant fixés sur le châssis inférieur, lesdits signaux délivrés par les capteurs de proximité étant également délivrés aux moyens de commande des premiers et seconds moyens moteurs. 49398 I 1676 -3- On comprend que grâce à une telle structure de la tête de correction de mouvements, il est possible d'effec- tuer une correction très précise de la position de l'élément par rapport au support qui va le recevoir et cela en décomposant les mouvements de correction selon trois axes de translation et trois axes de rotation de façon à corriger l'erreur de positionnement transver- sal selon trois axes orthogonaux ainsi que l'erreur en rotation autour de ces trois axes. Selon une autre caractéristique de l'invention, les premiers moyens moteurs sont constitués par trois mécanismes comportant chacun un excentrique rond monté sur le châssis supérieur, entraîné en rotation par un axe moteur orthogonal au plan P1 décalé par rapport au centre de l'excentrique,et reçu dans une bouton- nière formée dans le châssis intermédiaire et délimi- tée par deux portions rectilignes parallèles, les trois axes moteurs étant disposés aux sommets d'un triangle, deux desdites boutonnières étant parallèles entre elles et la troisième boutonnière étant orthogonale à- leur direction commune, la rotation de chacun des trois axes moteurs pouvant être commandée sélectivement en vue d'effectuer lesdites translations Txi, Ty1 et ladite rotation Rz1 du plan P2 par rapport au plan Pl. La tête à six axes de correction de mouvements com- porte en outre des moyens de guidage et de liaison du châssis intermédiaire par rapport au châssis supérieur assurant le parallélisme constant des plans P1 et P2. Selon une autre caractéristique de l'invention, les seconds moyens moteurs sont constitués par trois vérins à double action disposés en triangle dont 49398 11676 - 4 - chacun comporte un corps fixé sur le châssis intermé- diaire et une tige susceptible de se déplacer orthogo- nalement au plan P2 et dont l'extrémité est articulée sur le châssis inférieur, l'actionnement de chacun des trois vérins pouvant être commandé sélectivement en vue d'effectuer ladite translation Tz2 et lesdites rotations RX2, Ry2 du plan P3 par rapport au plan Pi. La-structure de-la tête qui vient d'être décrite et des moyens moteurs qu'elle comporte permet de séparer en deux étapes la correction selon six axes, une pre- mière étape permettant d'effectuer un centrage plan sur plan du plan P2 par rapport au plan P1 grâce aux premiers moyens moteurs constitués par les excentriques qui peuvent être commandés par des moteurs électriques, et une seconde étape permettant de réaliser une cor- rection selon les trois autres axes de la position du plan P3 par rapport au plan P2 grâce aux trois vérins à double action qui peuvent également être commandés électriquement par trois moteurs indépendants, la com- mande électrique sélective des six moteurs électriques mis en jeu pour réaliser une étape globale de correc- tion pouvant être effectuée sélectivement après trai- tement des signaux délivrés par les capteurs de proxi- mité et calcul des erreurs de positionnement transver- sal et/ou en rotation. On décrira maintenant à titre d'exemple un mode de réalisation d'une tête à six axes de correction de mouvements équipant un outil mobile pour le montage adaptatif d'un élément de vitrage sur une caisse de véhicule automobile, outil pour la description com- plète duquel on se reportera avantageusement à la demande de brevet d'invention français publiée sous le n 2 510 933. 49398 11676 - 5 - Pour une compréhension plus aisée de la description qui va suivre, on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation d'une tête de correction de mouvements réalisée conformément aux enseignements de la présente invention; - la figure 2 est une vue de dessus de la tête de cor- rection représentée à la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe partielle représen- tant en détail un des trois excentriques constituant les premiers moyens moteurs de l'invention - la figure 4 est une vue de dessus en coupe partielle de l'excentrique représenté à la figure 3; - la figure 5 est une vue en élévation d'un des trois vérins à double action constituant les seconds moyens moteurs de l'invention - la figure 6 est une vue latérale de gauche de la tête de correction de mouvements de la figure 1 représentée reliée à l'extrémité d'un outil mobile de pose; et - la figure 7 est un schéma permettant de faciliter la représentation géométrique dans l'espace des posi- tions respectives des plans Pl, P2, P3 et des mouve- ments de correction selon six axes obtenus grâce à la tête de correction représentée aux figures 1 à 6. 49398 11676 -6- La tête de correction représentée notamment aux figures 1, 2 et 6 comprend essentiellement trois châs- sis. Un châssis supérieur 10 prévu pour être relié à l'extrémité de l'outil de pose mobile 12 par des moyens de fixation 14. Un châssis intermédiaire 16 relié au châssis supérieur 10. Un châssis inférieur 18 relié au châssis intermédiaire 16 et sur lequel sont fixés les moyens de retenue de l'élément dont on désire réaliser la pose et qui sont représentés en silhouette à la figure 1 sous la forme de ventouses 20. Chacun des trois châssis 10, 16 et 18 est constitué par un cadre métallique rectangulaire plan. On a repré- senté à la figure 7 schématiquement les plans géomé- triques Pi, P2 et P3 définis respectivement par le châssis supérieur 10, le châssis intermédiaire 16 et le châssis inférieur 18. Chacun des plans P1 est muni d'un référentiel géométrique à trois axes orthogonaux 0Xi' OYi et 0Zi' i variant de 1 à 3 selon le plan géo- métrique considéré. Conformément à l'invention, la tête de correction de mouvements comporte des premiers moyens moteurs Ml, M2 et M3 qui permettent d'effectuer deux translations TX1 et Ty du plan P2 parallèlement au plan Pl selon les deux axes orthogonaux OXl et OY1 du plan P1 et une rotation Rz1 du plan P2 autour de l'axe orthogonal z du plan Pi. Ces trois mouvements de correction per- mettent donc d'effectuer un centrage plan sur plan du plan P2 par rapport au plan P1 durant lequel l'axe vertical 0Z2 reste toujours parallèle à l'axe vertical 0Z1-' 49398 11676 - 7 - Les premiers moyens moteurs Ml, M et M sont consti- 1, M2 3 tués par trois mécanismes à excentrique identiques dont on décrira un exemplaire en se référant aux figures 3 et 4. Chaque moyen moteur M comporte un excentrique rond 20 entraîné en rotation par un axe moteur 22 décalé par rapport au centre de l'excen- trique. L'axe moteur 22 est entraîné en rotation par un motoréducteur électrique 24 et est monté à rotation sur le châssis supérieur 10 par une bride 26 et un roulement 28. L'excentrique 20 proprement dit est constitué par un roulement monté à rotation sur l'ex- trémité inférieure décalée 30de l'axe moteur 22 et est reçu dans une boutonnière 32 formée dans une plaque 34 rapportée sur le châssis intermédiaire 16. Chaque bou- tonnière 32 est délimitée par deux portions rectilignes parallèles 36 séparées d'une distance correspondant au diamètre de l'excentrique 20 et reliées par deux por- tions semi-circulaires 38. Comme on peut le constater à la figure 1, les trois axes géométriques des axes moteurs 22 de chacun des moyens moteurs Ml, M2 et M3 sont disposés aux sommets d'un triangle. Les deux bou- tonnières 32 des moteurs Mlet M2 sont parallèles entre elles et, dans le mode de réalisation représenté, parfaitement alignées; la boutonnière 32 du troisième moteur M3 étant orientée orthogonalement à la direc- tion commune des boutonnières 32 des moteurs M1 et M2. Une telle disposition en triangle et avec orientation des boutonnières permet, en actionnant uniquement le moteur M3, de provoquer une translation TXi du châssis intermédiaire 16 et donc du plan P2 par rapport au plan Pl parallèlement à l'axe OX1 de ce dernier; une commande simultanée dans le même sens de rotation, c'est-à-dire par exemple tous les deux dans le sens horaire des moteurs M1 et M2, permet de réaliser une 49398 11676 - 8 - translation Ty1 du châssis intermédiaire par rapport au châssis supérieur et donc du plan P2 par rapport au plan P1 parallèlement à l'axe orthogonal 0y1 de ce dernier. Dans ces deux mouvements de translation qui viennent d'être décrits, les boutonnières du ou des moteurs qui ne sont pas actionnés servent de guidage aux mouvements de translation obtenus. On comprend également qu'un actionnemept simultané mais en sens opposé des deux moteurs M1 et M2 permet d'obtenir une rotation du châssis intermédiaire 16 par rapport au châssis supérieur 10 et donc du plan P2 par rapport au plan P1 autour de l'axe orthogonal vertical OZ de ce zl dernier, l'excentrique 20 du moteur M3 constituant le point de rotation du châssis. Dans les trois mouvements de correction qui viennent d'être décrits, le châssis intermédiaire 16 reste parallèle au châssis supérieur 10, le plan P2 restant donc également parallèle au plan géométrique Pi. Ce parallélisme des deux plans P2 et P1 est obtenu grâce à des moyens de guidage et de liaison 38 du châssis intermédiaire par rapport au châssis supérieur. Ces moyens de guidage 38 sont constitués par trois paires identiques de billes porteuses 40 et 42, chacune étant disposée à proximité d'un des trois moyens moteurs M1, M2 et M3. Comme on peut le constater à la figure 3, la paire de billes porteuses 40, 42 est montée sur le châssis supérieur 10 dans un alésage 44 de ce dernier. Une patte de guidage plane 46, ici constituée par le prolongement de la plaque 34 dans laquelle est formée la boutonnière 32, est reçue entre les deux billes 40 et 42. 49398 I 1676 -9- On comprend ainsi aisément que grâce aux trois pattes 46 reçues en roulement entre les paires de billes por- teuses 40, 42 que le châssis intermédiaire 16 peut se déplacer parallèlement au châssis supérieur 10 sans frottements parasites et ce en réponse à l'actionne- ment des moteurs Ml, M2 et M3. On décrira maintenant les seconds moyens moteurs de la tête de correction de mouvements en se référant à la figure 5. Les seconds moyens moteurs sont constitués par trois vérins à double action M4, M5, M6 disposés en triangle sur le châssis intermédiaire 16. Chacun des trois vérins identiques M4, M5 et M6 comporte un corps 48 fixé sur le châssis intermédiaire 16 par un dispositif de bridage et de fixation 50. Le vérin com- porte également une tige de vérin 52 dont l'extrémité libre 54 est articulée sur le châssis inférieur 18 au moyen d'une articulation rotulée 56. Chacun des vérins M4, M5 et M6 est un vérin à vis entraîné par un moto- réducteur électrique 58 à renvoi d'angle. Grâce à leur motoréducteur électrique 58, chacun des trois vérins M4, M5 et M6 peut être commandé sélecti- vement en vue d'effectuer d'une part la translation verticale TZ2 du châssis inférieur 18 par rapport au châssis intermédiaire 16 et donc du plan P3 par rap- port au plan P2 et ce en actionnant simultanément les trois vérins M4, M5 et M6 dans la même direction, et d'autre part les deux rotations RX2 et Ry2 du plan P3 par rapport au plan P1 autour de deux axes orthogonaux 0X2 et 0Y2 du plan P2 défini par le châssis intermé- diaire 16. La rotation Ry2 peut par exemple être obte- nue en actionnant dans des directions opposées les vérins M4 et M5 tandis que la rotation RX2 peut être 49398 11676 - 10 - obtenue en actionnant simultanément dans le même sens les vérins M4 et M5 et dans le sens opposé le vérin M6- Grâce aux seconds moyens moteurs qui viennent d'être décrits, on peut réaliser la deuxième étape de correc- tion de mouvements autour des trois axes restants durant laquelle le plan géométrique P3 est déplacé dans l'espace par rapport au plan géométrique P2 mais sans subir aucun mouvement transversal parallèlement à lui-même. Selon une autre caractéristique de l'invention, les capteurs de proximité équipant l'outil de pose mobile sont fixés sur la tête de correction de mouvements et sont composés d'une première série de capteurs C1 fixés sur le châssis intermédiaire 16 et d'une seconde série de capteurs C2 fixés sur le châssis inférieur 18. Les capteurs de la première série C1 sont des capteurs de proximité à grande portée (environ 40 mm) et les cap- teurs de la seconde série sont des capteurs de proxi- mité de portée réduite (environ 10 mm). La tête à six axes de correction de mouvements qui vient d'être décrite comporte également des moyens de traitement des signaux délivrés par les capteurs de proximité, qui n'ont pas été représentés, et qui cal- culent l'erreur de positionnement transversal de l'élé- ment par rapport au support selon trois axes orthogo- naux ainsi que l'erreur en rotation autour de ces trois axes et délivrent des signaux de commande en vue de la commande sélective des premier et second moyens moteurs. Pour des raisons de commodité et afin de limiter les câbles de transmission, les moyens de traitement des 49398 11676 - 11 - signaux qui peuvent comprendre par exemple un auto- mate programmable,des calculateurs analogiques ainsi que des relais ou des amplificateurs de puissance pour commander les motoréducteurs électriques,peuvent être regroupés en une unité qui est embarquée audessus de la tête de correction elle-même et qui se déplace avec l'outil mobile de pose. Dans l'application qui vient d'être décrite de la tête à six axes de correction de mouvements pour un outil de pose automatique d'un élément de vitrage sur une caisse de véhicule automobile, l'étape de correction proprement dite effectuée au moyen de la tête est effectuée après qu'un premier positionnement relatif ait été obtenu par l'outil de pose automatique et ceci selon le procédé décrit dans la demande de brevet d'in- vention publiée sous le n 2 510 933. L'invention qui vient d'être décrite n'est pas limitée d'une part à son application au montage d'un élément de vitrage ou d'une garniture de pavillon sur une caisse de véhicule automobile et peut être adaptée à tout dispositif ou outil mobile grâce auquel on veut effectuer le montage adaptatif d'un élément sur un support; d'autre part, la structure de la tête de correction qui vient d'être décrite peut présentée de nombreuses variantes: notamment les premiers moyens moteurs et les seconds moyens moteurs peuvent être inverses dans leur agencement, le réglage plan sur plan pouvant être effectué entre le châssis intermé- diaire et le châssis inférieur tandis que le réglage en profondeur dans l'espace peut être disposé entre le châssis supérieur et le châssis intermédiaire. De même l'ensemble de la tête peut être "retourné " lechâssis 49398 11676 - 12 - inférieur étant alors relié directement à l'extrémité de l'outil mobile de pose tandis que les moyens de préhension de l'élément que l'on désire monter sont fixés sur le châssis supérieur. La tête à six axes de correction de mouvements qui vient d'être décrite peut également être utilisée en fabrication automatisée, application dans laquelle elle est disposée entre l'outil mobile (constitué par exemple par le bras d'un robot) et un moyen de fabri- cation tel qu'une pince de soudage, un outil d'usinage, un pistolet à peinture, etc. - 13 - REVENDICATIONS 1. Tête à six axes de correction de mouvements équipant un outil mobile (12) notamment pour le montage adaptatif d'un élément sur un support muni d'une part de moyens de retenue (20) de l'élément et d'autre part de cap- teurs (C1, C2) détectant la proximité du support et délivrant des signaux de commande aux moyens d'entraî- nement de l'outil mobile de montage pour le position- ner correctement par rapport au support, caractérisée en ce qu'elle comporte un châssis supérieur (10) fixé à l'outil mobile de montage définissant un premier plan géométrique Pl, un châssis intermédiaire (16) définissant un second plan géométrique P2 et relié au châssis supérieur (10) par des premiers moyens moteurs (M1, M2, M3) permettant d'effectuer deux translations (Txi, Ty1) du plan P2 parallèlement au plan P1 selon deux axes orthogonaux (Ox1, OY1) du plan P1 et une rotation (Rz1) du plan P2 autour d'un axe (O z1) ortho- gonal au plan Pl, un châssis inférieur (18) définis- sant un troisième plan géométrique P3 et relié au châssis intermédiaire (16) par des seconds moyens moteurs (M4, M5, M6) permettant d'effectuer une trans- ation (Tz2) du plan P3 par rapport au plan P2 selon un axe orthogonal (Oz2) au plan P2 et deux rotations (Rx2, Ry2) du plan P3 autour de deux axes orthogonaux (Ox2' Oy2) du plan P2, les moyens de retenue (20) de l'élément étant fixés sur le châssis inférieur (18), lesdits signaux délivrés par les capteurs de proximité étant 6galement délivrés aux moyens de commande des premiers et seconds moyens moteurs. 2. Tête à six axes de correction de mouvements selon la revendication 1, caractérisée en ce que les capteurs 49398 11676 -14 - de proximité comportent une première série de cap- teurs (C1) fixés sur le châssis intermédiaire (16) et une seconde série de capteurs (C2) fixés sur le châs- sis inférieur (18). 3. Tête à six axes de correction de mouvements selon la revendication 2, caractérisée en ce que les cap- teurs (C1) de ladite première série sont des capteurs de proximité à grande portée, les capteurs (C2) de 0 ladite seconde série étant des capteurs de proximité de portée réduite. 4. Tête à six axes de correction de mouvements selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que lesdits premiers moyens moteurs sont constitués par trois mécanismes comportant chacun un excentrique rond (20) monté sur le châssis supérieur, entraîné en rotation par un axe moteur (22) orthogonal au plan P1 décalé par rapport au centre de l'excentrique, et reçu dans une boutonnière (32) formée dans le châssis inter- médiaire et délimitée par deux portions rectilignes parallèles (36), les trois axes moteurs (22) étant disposés aux sommets d'un triangle, deux desdites bou- tonnières étant parallèles entre elles et la troisième boutonnière étant orthogonale à leur direction commune, la rotation de chacun des trois axes moteurs pouvant être commandée sélectivement en vue d'effectuer les- dites translations (Txl, Ty) et ladite rotation (Rzl) du plan P2 par rapport au plan P1. 5. Tête à six axes de correction de mouvements selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comportedes moyens de quidage et de liaison (38) du châssis intermé- diaire par rapport au châssis supérieur assurant le parallélisme constant des plans P1 et P2' 49398 11676 - 15 - 6. Tête à six axes de correction de mouvements selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdits moyens de guidage et de liaison sont constitués par plusieurs paires de billes porteuses (40, 42) montées sur le châssis supérieur entre lesquelles sont reçues des pattes de guidage (46) planes fixées au châssis intermédiaire (16). 7. Tête à six axes de correction de mouvements selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les seconds moyens moteurs sont constitués par trois vérins à double action (M4, M5, M6) disposés en tri- angle dont chacun comporte un corps (48) fixé sur le châssis intermédiaire (16) et une tige 152) suscep- tible de se déplacer orthogonalement au plan P2 et dont l'extrémité (54) est articulée sur le châssis inférieur (18), l'actionnement de chacun des trois vérins pouvant être commandé sélectivement en vue d'effectuer ladite translation (TZ2) et lesdites rota- tions (RX2, Ry2) du plan P3 par rapport au plan Pi. 8. Tête à six axes de correction de mouvements selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de traitement des signaux délivrés par les capteurs de proximité et qui calculent l'erreur de positionnement transversal de l'élément par rapport au support selon trois axes orthogonaux ainsi que l'erreur en rotation autour de ces trois axes et délivrant des siqnaux de commande en vue de la commande sélective des premiers et seconds moyens moteurs. 49398 I 1676