Brevet FR2590827A1 — publié le 19870605

La présente invention concerne un système automatique de grenaillage destiné à engendrer des précontraintes de compression superficielles sur des pièces, notamment de grandes dimensions, soumises localement à des efforts élevés pendant leur utilisation. Quoique non exclusive- ment, il est particulièrement approprié au traitement des éléments structuraux d'un aéronef. On sait que l'objet d'une opération de grenaillage créant des précontraintes de compression superficielles est d'améliorer la résistance à la fatigue, à la corrosion et aux frottements, c'est-à-dire d'accroître la résistance générale, des parties d'une pièce soumises à un tel grenaillage. Aussi, par exemple, les parties d'une pièce structurale d'aéronef soumises à des efforts importants pendant l'utilisation de cet aéronef, sont-elles soumises à ce grenaillage, désigné ci-après par grenaillage de précontraintes. De façon connue, un tel grenaillage de précontraintes met en oeuvre des buses projetant, à grande vitesse, des projectiles constitués le plus souvent de billes d'acier, de verre, de céramique ou analogue. La projection s'effectue généralement sur des zones localisées d'une pièce (celles qui sont le plus sensibles aux efforts dont les effets nuisibles doivent être contrecarrés) suivant un processus respectant très précisément certains critères, conformément à des normes. Jusqu'à présent, le grenaillage de précontraintes est effectué manuellement par un opérateur, dans une enceinte étanche, ledit opérateur déplaçant à la main une telle buse de grenaillage en regard desdites zones localisées des pièces à renforcer. 1 Un tel processus manuel présente un sérieux inconvénient. En effet, ledit opérateur doit être enfermé dans l'enceinte étanche de grenaillage et ses conditions de travail sont particulièrement pénibles, bien qu'il soit physiquement protégé par un scaphandre ventilé. En conséquence, l'un des objets de la présente invention est de réaliser une installation automatique de grenaillage de précontraintes remédiant à cet inconvé- nient et permettant à l'opérateur d'être placé, non plus à l'intérieur de l'enceinte de grenaillage, mais à l'extérieur de celle-ci, à l'air libre, la fonction de cet opérateur n'étant plus de déplacer manuellement la buse de projection, mais de piloter ladite installation. L'une des difficultés à résoudre lorsque l'on désire réaliser une installation automatique de grenaillage de précontraintes provient de ce que les zones localisées de grenaillage se situent généralement sur deux faces oppo- sées de la pièce à traiter, le plus souvent en bordure de découpes ou d'anfractuosités. Aussi, si l'opération de grenaillage de précontraintes est relativement aisée à réaliser manuellement, elle est pratiquement impossible à effectuer à partir d'un seul bras de robot, qui doit en effet contourner l'ensemble de la pièce pour présenter le jet de projectiles de grenaillage aux endroits souhaités. De plus, cette présentation est encore compliquée du fait que l'angle d'incidence du jet de projectiles de grenail- lage doit présenter une valeur bien déterminée, éventuellement variable d'une zone de grenaillage à une autre ou à l'intérieur d'une telle zone, afin que les précontraintes engendrées aient l'ampleur souhaitée. Aussi est-ce pour cela qu'il n'existe pas actuellement une telle installation automatique de grenaillage sur le marché. 1 Pour résoudre ces difficultés, on pourrait penser à prévoir deux robots, un de chaque c8té de la pièce à grenailler. Mais alors, l'installation est fortement compliquée et l'égalité des caractéristiques permanentes des deux jets de projectiles de grenaillage devient aléatoire. Aussi, l'objet de la présente invention est plus précisément un système automatique de grenaillage de précontraintes comportant un robot programmable unique, dont le bras est susceptible d'adresser le jet de projectiles à n'importe quel endroit de la face avant et de la face arrière d'une pièce à traiter, aussi bien que sur les bords d'une découpe de cette pièce, et ceci en respectant un angle d'incidence approprié et en assurant la constance des résultats obtenus d'une pièce à une autre (ce qui ne peut être assuré par le processus manuel). Il en résulte donc une amélioration des perfor- mances du grenaillage et une possibilité de gain de poids pour lesdites pièces, puisque les précontraintes engen- drées sont mieux définies. A cette fin selon l'invention, le système automatique destiné à engendrer par grenaillage des précontraintes de compression superficielles sur une pièce à traiter et comportant des moyens robotisés susceptibles de déplacer, par rapport à ladite pièce, au moins une buse émettant un jet de projectiles de grenaillage est remarquable en ce qu'il comporte un robot unique du type communiquant à son poignet cinq degrés de liberté, en ce que ladite buse est reliée audit poignet par l'intermédiaire d'un bras monté sur ledit poignet de façon à tourner autour de deux axes orthogonaux, dont le premier a sensiblement la même direction générale que ledit bras, et en ce que ladite buse est articulée à l'extrémité dudit bras opposée au 1 poignet de façon à pouvoir occuper l'une ou l'autre de deux positions par basculement autour d'un troisième axe parallèle au second axe dudit poignet. En effet, la demanderesse a trouvé par expérience qu'un tel système permettait au jet de projectiles d'atteindre toute zone désirée d'une pièce à traiter, même de forme- compliquée, en respectant les limites d'incidence possi- bles pour tous les points desdites zones. On remarquera que le système selon l'invention est particulièrement avantageux puisqu'il nécesite seulement le contrôle de cinq degrés de liberté et le choix de la position de la buse entre deux positions possibles. De préférence, ledit bras présente la forme au moins approximative d'un L, dont la première branche est reliée audit poignet et dont la seconde branche porte ladite buse à son extrémité libre et ladite seconde branche du bras est orthogonale audit premier axe. Afin de rapprocher la buse dudit premier axe du poignet, ladite première branche est inclinée par rapport audit premier axe dudit poignet, de façon à s'éloigner dudit premier axe en direction de ladite seconde branche. Avantageusement, les cinq degrés de liberté dudit robot et le choix de l'une ou l'autre des deux positions de ladite buse par rapport audit bras sont commandés par un calculateur. La présente invention concerne de plus une installation automatique destinée à engendrer par grenaillage des précontraintes de compression superficielles sur une pièce à traiter et comportant une enceinte étanche dans laquelle est disposée ladite pièce, cette installation 1 comportant un système automatique tel que spécifié ci-dessus et disposé au moins partiellement dans ladite enceinte. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments identiques. La figure 1 est une vue schématique d'une installation de grenaillage de.précontraintes. La figure 2 montre un robot connu pour l'installation de la figure 1. La figure 3 montre le porte-buse selon l'invention pour le robot de la figure 2. Les figures 4 à 10 illustrent schématiquement le grenaillage de précontraintes d'une ferrure de forme complexe par le système selon l'invention. L'installation automatique de grenaillage de précontrain- tes selon l'invention, montrée schématiquement par la figure 1, comporte une enceinte 1 de dimensions suffisantes pour contenir une pièce 2 à grenailler. L'enceinte 1 est pourvue d'un sas d'entrée 3 et d'un sas de sortie 4 pour la pièce 2. Des moyens de transport (non représentés) sont prévus pour amener ladite pièce 2 dans l'enceinte 1 et l'en sortir. Cette pièce 2 est représen- tée sur la figure 1 comme étant un longeron d'aéronef. 1 L'enceinte 1 doit être prévue étanche en ce qui concerne les projectiles de grenaillage, afin que ceux-ci ne puissent se répandre à l'extérieur pendant le grenail- lage. Le fond 5 de l'enceinte 1 est conformée en trémie pour recueillir lesdits projectiles de grenaillage et les diriger vers un bac de récupération 6, en liaison avec un dispositif de retraitement et de recyclage 7 alimentant une buse de projection 8 en projectiles, par un conduit 9. Ce dispositif 7 est apte à contrôler les caractéristi- ques du jet des projectiles. Le dispositif 7 et la buse 8 peuvent être de tout type connu et ne sont que représentés extrêmement schématique- ment sur la figure 1. Un robot 10, disposé au moins partiellement à l'intérieur de l'enceinte 1, est chargé de mouvoir la buse 8 par rapport à la pièce 2, afin d'obtenir le grenaillage de zones désirées de celle-ci. Pour cela, la buse 8 est montée au bout d'un bras 11 animé par ledit robot 10. Un calculateur 30 est chargé de commander tous les paramètres et séquences de grenaillage par contrôle du dispositif 7 d'alimentation en projectiles de la buse 8 et du robot 10. Ainsi, de façon séquentielle, le calculateur 30 procède au grenaillage des parties de la pièce 2 cui doivent être traitées. De plus, à tout moment, ledit calculateur contrôle les caractéristiques du jet de projectiles de grenaillage émis par la buse 8. 1 Sur la figure 2, on a représenté un mode de réalisation connu pour le robot 10. Un tel robot 10 comporte une embase fixe 12 destinée à reposer sur le sol et un équipage mobile 13a,13b susceptible de tourner autour d'un axe vertical Z-Z. L'équipage mobile est composé de deux parties 13a et 13b, articulées entre elles de façon que la partie supérieure 13b puisse tourner autour d'un premier axe horizontal X1-X1, par rapport à la partie inférieure 13a. A l'extrémité supérieure de la partie 13b est monté le bras 11 du robot, articulé autour d'un second axe horizontal X2-X2. L'extrémité libre du bras 11 se termine. par un poignet 14, mobile autour de deux axes orthogo- naux, dont l'un X3-X3 est horizontal et l'autre Y-Y peut pivoter autour de l'axe X3-X3. Les axes horizontaux X1-X1,X2-X2 et X3-X3 sont parallèles entre eux. Le poignet 14 se termine par un dispositif de raccord 15 pour un porte-buse. On voit ainsi que le robot 10 communique cinq degrés à un tel porte-buse, puisqu'il comporte cinq axes de rotation. Le porte-buse selon l'invention, montré par la figure 3, porte la référence générale 16 et est raccordé au poignet 14, par l'intermédiaire du dispositif 15. Il comporte un bras 17, en forme approximative de L, dont l'extrémité de la grande branche 17a est reliée au dispositif 15, de façon que ledit bras 17 puisse tourner autour de deux axes orthogonaux X3X3 et Y-Y du poignet 14, ladite brancne 17a ayant la même direction générale que l'axe Y-Y tout en étant incliné sur celui-ci. L'extrémité libre de la petite branche 17b du bras 17 porte la buse 8, par l'intermédiaire d'une articulation 18, permettant à 1 ladite buse 8 de prendre l'une ou l'autre de deux positions I-I ou II-II par pivotement autour d'un axe W-W, orthogonal à l'axe Y-Y. Cette petite branche 17b est par exemple orthogonale à l'axe Y-Y. La buse 8 est alimentée en projectiles de grenaillage par l'intermé- diaire d'un conduit souple 9 le reliant au dispositif 7. Grâce aux cinq degrés de liberté communiqués à la buse 8 par le robot 10, à la forme en L du bras 17 et à la possibilité de basculement de la buse 8 autour de l'axe W-W, il est possible d'atteindre tout point désiré d'une pièce à grenailler et de diriger le jet de projectiles sous l'incidence désirée, tout en n'ayant qu'un nombre de paramètres limités à contrôler, à savoir les rotations autour des cinq axes du robot et le basculement de la buse 8 en position I-I ou en position II-II. Pour illustrer ce qui précède, on a représenté schémati- quement sur les figures 4 à 10 le grenaillage de précontraintes d'une partie de ferrure 20 de forme complexe, selon des zones strictement délimitées. A cet endroit, ladite ferrure 20 comporte deux parois orthogonales 21 et 22. La paroi 22 est pourvue d'un rebord 23, échancré en 24 au raccord des parois 21 et 22. Le grenaillage de précontraintes a pour objet de renforcer la ferrure 20 à l'emplacement de l'échancrure 24. Sur les figures 4 à 10, on a représenté en grisé la zone à grenailler; qui s'étend à la fois sur la paroi 21, sur la paroi 22, sur les faces avant et arrière du rebord 23 et sur le bord d'extrémité 26 dudit rebord 23. 1 Les figures 4 à 9 montrent que toutes les parties de la zone 25 sont atteintes par le jet de projectiles de grenaillage en donnant à la buse 8, sept positions I1-I1 à I7-I7 différentes. La figure 10 montre que l'orienta- tion de la buse 8 autour de l'axe W-W est nécessaire pour atteindre les plans arrière des pièces 20 à grenailler. D'une manière générale, l'expérience a montré que, quelles que soient la forme de la zone à grenailler et l'incidence désirée pour le jet de projectiles de grenaillage, le système selon l'invention permettait, sans recourir à un sixième degré de liberté, de couvrir toutes les inclinaisons de jet admissibles dans les limites angulaires permises et ce, même sur les faces non directement accessibles des pièces à grenailler. De façon habituelle, pour une pièce 2 ou 20 déterminée, le positionnement de la buse 8 est obtenue par apprentis- sage ou par modélisation. De préférence, le grenaillage d'une zone se fait par balayage entrecroisé de ladite zone par ladite buse 8. REVENDICATIONS 1 1 - Système automatique destiné à engendrer par grenaillage des précontraintes de compression superfi- cielles sur une pièce (2,20) à traiter et comportant des moyens robotisés susceptibles de déplacer, par rapport à ladite pièce, au moins une buse (8) émettant un jet de projectiles de grenaillage, caractérisé en ce qu'il comporte un robot unique (10) du type communiquant à son poignet (14) cinq degrés de liberté, en ce que ladite buse (8) est reliée audit poignet (14) par l'intermédiaire d'un bras (17) monté sur ledit poignet (14) de façon à tourner autour de deux axes (X3-X3 et Y-Y) orthogonaux, dont le premier (Y-Y) a sensiblement la même direction générale que ledit bras (17), et en ce que ladite buse (8) est articulée à l'extrémité dudit bras (17) opposée au poignet (14) de façon à pouvoir occuper l'une ou l'autre de deux posi- tions (I-I,II-II) par basculement autour d'un troisième axe (W-W) parallèle au second axe (X3-X3) dudit poignet (14). 2 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit bras (17) présente la forme au moins approximative d'un L, dont la première branche (17a) est reliée audit poignet (14) et dont la seconde branche (17b) porte ladite buse (8) à son-extrémité libre. 3 - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite seconde branche (17b) du bras (17) est orthogonale audit premier axe (Y-Y). il 14 - Système selon la revendicatioh 2, caractérisé en ce que ladite première branche (17a) est inclinée par rapport audit premier axe (Y-Y) dudit poignet (14), de façon à s'éloigner dudit premier axe (Y-Y) en direction de ladite seconde branche (17b). - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les cinq degrés de liberté dudit robot (10) et le choix de l'une ou l'autre des deux positions de ladite buse (8) par rapport audit bras (17) sont commandés par un calculateur (30). 6 - Installation automatique destinée à engendrer par grenaillage des précontraintes de compression superfi- cielles sur une pièce (2,10) à traiter et comportant une enceinte étanche (1)*dans laquelle est disposée ladite pièece, caractérisée en ce qu'elle comporte un système automa- tique tel que spécifié sous l'une quelconque des revendications 1 à 5 et disposé au moins partiellement dans ladite enceinte (1).