Brevet FR2600277A1 — publié le 19871224

DISPOSITIF DE PILOTAGE AUTOMATIQUE D'UN OUTIL, NOTAMMENT POUR LES TRAVAUX DE FINITION DE MENUISERIES La présente invention a trait à un dispositif propre à assurer le déplacement correct dans Les trois dimensions d'un outil, en particulier en vue d'assurer les travaux de finition tels qu'égrenage, brossage, Lustrage, pulvérisation, sur les chants intérieurs, extérieurs et Les façades d'éléments de menuiseries tels que portes, cadres, panneaux, côtés de meubles, etc... Il n'existe actuellement aucun dispositif automatique pour déplacer un outil tel qu'un pulvérisateur ou une brosse rotative le long de formes, contours, moulures, tranches, etc... d'éléments de menuiseries, ces travaux de finition étant réalisés à la main et prenant un temps considérable. Le but de l'invention est de proposer des moyens propres à assurer le déplacement automatique d'un outil de finition, du genre pulvérisateur, brosse ou similaire, en regard de La surface à traiter et, ce, dans les trois dimensions, de manière simple, fiable, facile à mettre en oeuvre et relativement peu coûteuse. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de pilotage automatique d'un outil, notamment pour les travaux de finition de menuiseries, caractérisé en ce qu'il comprend un premier chariot mobile en translation dans une direction sensiblement vertical-e,- un second chariot porté par ledit premier chariot et monté mobile en translation dans une direction orthogonale à La trajectoire du premier chariot, un troisième chariot porté par Ledit second chariot et monté mobile en translation dans une direction paraLLèle à la trajectoire dudit premier chariot, un organe suiveur solidaire du troisième chariot et agencé de manière à suivre le contour d'un gabarit amovible constitué par une courbe définie dans un plan parallèle à la trajectoire dudit troisième chariot, des moyens de support, déplacement et orientation dans les trois directions dudit outil, portés par ledit troisième chariot et des moyens de commande et contrôle du déplacement desdits premier, second et troisième chariots ainsi que des moyens d'orientation dans les trois directions dudit outil porté par le troisième chariot, lesdits moyens étant constitués par un micro-processeur à commande par programmes enfichables assurant les différentes opérations à effectuer à partir de jeux de butées réglables sélectives associées aux moyens de déplacement desdits chariots et outil. Suivant un mode de réalisation, Le déplacement desdits premier et second chariots est assuré par des vérins sans tige à butées électromagnétiques réglabLes de détection de la position Le long du vérin. Suivant un mode de réalisation particulièrement intéressant, lesdits moyens de déplacement et d'orientation de L'outil portés par Le troisième chariot sont constitués par un moyen de déplacement de l'outil orthogonalement aux trajectoires des second et troisième chariots, un moyen de rotation de L'outil autour d'un axe orthogonal aux susdites trajectoires et des moyens d'orientation gauche/droite et haut/bas de l'outil. Avantageusement, à des fins de protection de l'outil vis à vis des projections, poussières, etc..., Ledit premier chariot entrasse dans sa course un rideau de protection constitué par une enveloppe sans fin å l'intérieur de laquelle se trouve le premier chariot, passant sur des rouleaux fous de renvoi d'axe fixe, situés aux extrémités de la course du chariot et pourvue d'une fenetre horizonta-le permettant La libre course dudit second chariot. Afin de compléter cette protection, ledit second chariot entraine dans sa course un second rideau de protection constitué par une enveloppe sans fin à l'intérieur de laquelle se trouve le second chariot, passant sur des rouleaux fous de renvoi d'axe sensiblement vertical, portés par le premier chariot et munie d'un soufflet de protection enveloppant lesdits moyens de support, déplacement et orientation de l'outil de travail. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation du dispositif de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins sur lesquels - Figure 1 représente une vue en élévation de L'arrière d'un dispositif conforme à l'invention ; - Figure 2 représente une vue de droite avec agrandisse ment du dispositif de la figure 1, en coupe suivant la ligne Il-Il ; - Figure 3 représente une vue en perspective du troisième chariot et des moyens de support, déplacement et orientation dans les trois dimensions de l'outil de travail, et - Figure 4 illustre le positionnement des butées des vérins des premier et second chariots en vue du traitement d'une porte de meuble. Le dispositif représenté sur les figures 1 et 2 comprend un cadre rectangulaire métallique constitué de deux montants verticaux 1 réunis à leurs extrémités par des structures de liaison rigides 2 de préférence elles-memes ancrées, d'une part, dans le sol et éventuellement, d'autre part, dans le plafond d'un local ou une superstructure quelconque. Il est à noter que lesdites structures 2 peuvent etre éventuellement supprimées si les montants 1 sont convenablement ancrés directement sur le sol ainsi que sur le plafond ou Ladite superstructure. Les montants 1 sont par exemple des tiges métalliques cylindriques, sur lesquelles peut coulisser un premier chariot 3 constitué d'un cadre rectangulaire muni de manchons à billes 4 coulissant librement sur les montants 1. Ledit cadre comporte deux traverses horizontales parallèles 5, constituées par exemple par des barres métalliques cylindriques, sur lesquelles peut circuler horizontalement un second chariot 6. Le déplacement en translation verticale du premier chariot 3 est assuré par un vérin sans tige 7 agencé parallélement aux montants 1 en arrière du plan défini par ces derniers et le chariot 3. Le vérin 7 est par exemple également ancré sur lesdites structures de Liaison 2 et entrain, par son piston et une pièce d'entrainement 8, la barre horizontale inférieure 5 du chariot 3. Le second chariot 6 est constitué schématiquement d'un cadre rigide rectangulaire comprenant deux montants 9 parallèles aux montants 1, munis aux extrémités de manchon-s à billes 10 coulissant librement sur les barres 5 et réunis entre eux deux à deux par des traverses 11 de rigidification. La traverse 11 supérieure est solidaire, par l'intermédiaire d'une pièce d'entrainement 12, du piston d'un vérin sans tige 13 disposé parallèlement aux barres 5 et dont les extrémités sont solidaires du chariot 3. Les montants 9 sont des tiges cylindriques sur Lesquelles peut coulisser librement un troisième chariot 14 symbolisé par un cadre-support 15 flanqué de deux manchons à billes 16 coulissant Le long des deux tiges verticales 9. Le chariot 14 supporte les moyens, symbolisés par le rectangle en tiretés 17 sur Les figures 1 et 2, de déplacement et d'orientation dans les trois directions du système cartésien d'un outil. Ces moyens sont représentés en détail sur la figure 3 et seront décrits plus Loin. En dessous du cadre-support 15 est disposé un galet suiveur 18 d'axe orthogonal aux tiges 9 et susceptible de rouler le long d'une courbe 19 définie par un chemin de came porté par un cadre 20 suspendu sous la barre inférieure 5. Ledit chemin de came 19 se trouve dans un plan confondu avec celui du galet 18 et parallèle aux montants 1. Dans le mode de réalisation illustré par Les figures 1 et 2, le galet 18 est fixé à L'extrémité inférieure d'une tige verticale 21 en équerre de manière à passer sous le chariot 6 et à positionner le galet 18 à l'aplomb de la barre inférieure 5, Le cadre 20 étant suspendu sous cette dernière, de façon amovible, grâce par exemple à des crochets symbolisés en 22, s'engageant dans des trous ménagés dans un prolongement 23 réalisé à la partie inférieure de la barre inférieure 5. Ce prolongement 23, qui court sur toute la longueur de la barre inférieure 5, ne gêne pas le libre coulissement des manchons à billes 10 inférieurs qui sont agencés à cet effet. Des trous de fixation des cadres tels que 20 sont ménagés de place en place le long du prolongement 23 ce qui permet de placer toutes sortes de gabarits tels que 19 en un endroit quelconque le long de la barre inférieure 5. Le cadre 20 comprend une traverse horizontale inférieure 24 et deux montants verticaux 25 dont les extrémités supérieures portent lesdits crochets 22 de fixation à la barre inférieure 5. Le gabarit 19 représente par exempte une moulure de porte d'un meuble. Il est porté par une traverse 26 dont les extrémités sont munies de manchons 27 coulissant sur lesdits montants 25. La traverse 26 est mobile verticalement gracie a un petit vérin 28 interposé entre les traverses 24 et 26. En position basse Le gabarit 19 échappe totalement au galet 18 et est donc hors service, quelle que soit La position du chariot 15 le long des tiges 9. Le cadre-support 15 représenté schématiquement sur la figure 3 est constitué d'un cadre rectangulaire à cheval de part et d'autre du plan défini par Les tiges 9. A L'extrémité du cadre opposé au vérin 7 (figure 2) se présente une plaque-support d'outil en forme par exemple de disque 29 dont la face tournée vers l'extérieur est munie de moyens de fixation par exemple d'un pistolet pulvérisateur, d'une brosse rotative d'égrenage, etc... Un tel outil n'est pas représenté sur les dessins, de même que ses moyens d'alimentation ou d'entrainement, L'ensemble étant monté amovible sur ledit disque 29. Plusieurs degrés de liberté sont donnés au disque 29 par les moyens de déplacement et d'orientation 17. Suivant un premier degré de liberté le disque 29 peut se déplacer en translation suivant un axe orthogonal au plan des tiges 9. A cet effet, le disque est fixé par sa face arrière à l'extrémité d'un bras 30 orthogonal au plan desdites tiges 9. Ledit bras 30 est solidaire d'une double semelle à billes 31 formant coulisseau mobile le long d'un arbre 32 disposé sensiblement dans l'axe médian longitudinal du cadre 15 et fixé à ce dernier. La section de L'arbre 32 est déterminée de manière à empêcher toute rotation de la semelle 31 sur L'arbre 32. Le déplacement de la semelle 31 est assuré par un vérin 33 fixe au cadre 15 et disposé parallèlement à l'arbre 32. Suivant un second degré de liberté, le disque 29 peut pivoter autour de l'axe du bras 30. A cet effet, le bras 30 est solidaire, à son extrémité opposée au disque 29, d'un pignon 34 en prise avec une crémaillère 35 actionnée par un vérin vertical 36 ancré sur une pièce 37 solidaire de La double semelle 31. Enfin, le disque 29 peut être orienté suivant deux directions orthogonales, dites droite-gauche et haut-bas, à l'aide de deux vérins 38 disposés parallèlement au bras 30 et interposés entre une pièce 39 d'ancrage à La semelle 31 et la face arrière du disque 29. La liaison entre les extrémités des tiges des vérins 38 et le disque se fait par deux liaisons 40 à la Cardan décalées angulairement de 900 sur la face arrière du disque 29 par rapport à L'axe de ce dernier. Enfin, une liaison du type à la Cardan 41 est interposée entre L'extrémité du bras 30 et le disque 29 afin d'autoriser les mouvements d'orientation. Les Liaisons 40 sont bien entendu -disposées suivant les deux axes orthogonaux du joint de Cardan 41 afin d'obtenir les mouvements désirés. Les déplacements des divers organes mobiles du dispositif de l'invention sont avantageusement commandés de manière automatique à partir d'un automate programmable comportant un micro-processeur à commande par programmes en fonction des différentes tâches à effectuer. Les vérins 28,33,36 et 38 sont par exemple des vérins hydrauliques ou pneumatiques à butées électromagnétiques. Les vérins 7 et 13 sont avantageusement des vérins sans tige pour limiter I' encombreni-ent du dispositif et sont également munis de butées électromagnétiques (non représentées sur les dessins) déplaçables à volonté le long desdits vérins 7 et 13, extérieurement. Ces diverses butées sont bien entendu sélectives et gérées par l'automate programmable commandant le dispositif. C'est elles qu) vont commander le positionnement et l'orientation de l'outil, sa mise en marche et son arrêt et vont déclencher les différentes phases de travail prévues par le programme. On suppose, par exemple, que l'on veut pulvériser un vernis sur la porte de meuble représentée sur La figure 4, cette moulure comprenant en partie haute une forme incurvée 49, en partie basse une bande horizontale 50 et Latéralement deux bandes verticales 51. On a représenté symboliquement en 47 sur la figure 4 l'alignement des butées du vérin horizontal 13 et en 48 celui des butées du vérin vertical 7. Les diverses butées nécessaires aux opérations de vernissage sont -positionnées à la main le long des lignes 47 et 48 en regard de la porte préalablement fixée, suspendue ou présentée d'une manière quelconque en regard du dispositif, parallèlement à ce dernier. C'est ainsi que les butées horizontales H1 et H2 commanderont respectivement la mise en marche du pistolet pulvérisateur puis la descente d'une distance suffisante pour faire une passe retour et Le retour en arrière du pistolet, le pistolet étant au départ placé en position extrême haute à gauche. Lorsqu'en revenant le pistolet actionne la butée H1, celle-ci commandera une nouvelle passe. Les limites de déplacement en hauteur sont fixées par les butées verticales V1 et V2. L'ensemble de la porte sera donc verni après n passes successives alternées de gauche à droite puis de droite à gauche, jusqu a ce que Le pistolet arrive, en descendant, a hauteur de la butée inférieure V2. A ce moment il effectue une dernière passe, puis s'arrête. Le vernissage est fini et l'on évacue le panneau pour passer à un autre, à moins que le programme choisi prévoit le passage d'une deuxième couche, auquel cas le pistolet va refaire le trajet inverse et revenir, après un certain nombre d'aller-retour, au point de départ. Le nombre de passes est déterminé à l'avance en fonction de la hauteur de La pièce à traiter. Dans le cas de la porte représentée sur la figure 4 des butées supplémentaires sont prévues pour la pulvérisation par exemple d'une patine de vieillissement le long des moulures internes 49 à 51. A cet effet, on place à la main, avant les opérations, les butées horizontales H3,H4 et verticales V3,V4 aux quatre coins du quadrilatère formé par lesdites moulures. Cette opération de vieillissement peut être réalisée après un premier passage de patine sur l'ensemble de la porte, de façon å donner une patine plus approfondie au droit des moulures, auquel cas le programme permet C'enchaînement des deux opérations en faisant en sorte que durant la première les butées H3,H4 et V3,V4 ne soient pas prises en compte par le micro-processeur. Les butées H3,H4,V3,V4 vont servir à commander le déplacement du pistolet le long des moulures 50 et 51 et la mise en et hors service du pistolet aux endroits désirés. Les butées H3,H4 associées à V3 serviront à actionner le vérin 28 pour mettre en service un gabarit 19 approprié à la forme de la moulure 49. Comme il a été dit plus haut, en effet, Le soulèvement dudit gabarit 19 permet au galet suiveur 18 de venir en contact avec le gabarit en sorte qu'en se déplaçant horizontalement de gauche à droite le chariot 15, et donc le pistolet, suivra la courbure de la moulure 49 entre les butées H3 et Des butées H5,H6 et V5,V6 sont placées légèrement au-delà des limites du panneau et sont affectées aux phases de vernissage des chants extérieurs du panneau. Le programme comportant cette opération ordonnera en effet au pistolet de dépasser Les butées H1,H2,V1,V2 afin de prendre en compte Les butées H5,H6,V5,V6 qui commanderont alors l'orientation du pistolet vers le chant à vernir.Comme dans le cas des moulures 50 et 51 le pistolet se déplacera le long de chaque chant sur toute sa Longueur dans les limites fixées par lesdites butées. On peut ainsi d'une manière générale commander toutes opérations dans des Limites déterminées à l'avance à l'aide des jeux de butées des différents vérins, ces diverses opérations étant programmées dans Leur nature mais commandées et délimitées dans l'espace par lesdites butées réglables dont le nombre peut être quelconque et qui sont sélectives en ce sens que chacune adresse au micro-processeur un signal qu'il est capable de distinguer de celui provenant de n'importe quelle autre butée. Les butées électromagnétiques des vérins 33,36,38 permettent un choix très souple de positionnement et orientation de l'outil de travail. Si l'on dispose d'une installation de stockage, d'alimentation et d'évacuation automatique de portes, on peut ainsi traiter sans aucune intervention humaine plusieurs dizaines ou centaines de portes identiques par exemple suspendues à un convoyeur automatique, c'est-à-dire effectuer sur chacune successivement la même opération de vernissage et vieillissement de La moulure interne. On peut programmer L'automate pour effectuer sur chaque porte, en un premier type de passage, une projection par exemple d'un vernis ou d'une teinte sur toute la surface et sur chants, puis, en un second type de passage, la projection, en une première passe, sur toute la surface et sur chants, d'une légère couche de patine et, en une seconde passe, la projection de patine uniquement dans les moulures internes avec une position plus rapprochée du pistolet et en utilisant un gabarit tel que 19. Les cadres peuvent être traités en un seul passage aussi bien sur leurs façades que sur les chants intérieurs et extérieurs, ce passage unique étant réalisé par balayage horizontal ou vertical. Le pistolet peut être remplacé par une brosse rotative transformant le dispositif en robot à égrener capable de suivre tous les contours et formes des portes ou cadres déjà traités. En fonction du grain de la brosse, le dispositif fera un égrenage, enlèvera L'excédent de patine aux endroits désirés ou assurera un lustrage complet. En utilisant des vérins 7 et 13 de 2,3m et 1,8mi respectivement d'amplitude de déplacement du piston, on peut traiter toute La gamme des dimensions habituelles de portes, cadres, côtés, etc... de n'importe quel meuble. On peut aussi traiter simultanément plusieurs portes placées côte à côte devant le dispositif. il peut être souhaitable par ailleurs de protéger le dispositif des projections et des poussières, pour éviter notamment le blocage des manchons à billes des chariots. Ceci peut être obtenu en prévoyant un rideau souple en forme de boucle fermée, comme représenté symboliquement en 42 sur la figure 2, passant sur des rouleaux foux fixes horizontaux 43, les deux extrémités du rideau étant fixées au chariot 3. Bien entendu le rideau 42 est interrompu au droit du chariot 3 pour permettre le déplacement horizontal du chariot 6, et comporte, à hauteur du vérin 13, un volet ou trappe mobile d'accès aux butées électromagnétiques du vérin 13. De même, Le chariot 6 peut être équipé d'un rideau du même type symbolisé en 44 sur La figure 2 et passant sur des rouleaux verticaux 45 portés par le chariot 3 et prolongé par un soufflet 46 enveloppant les moyens de déplacement et d'orientation 17 de l'outil et le disque 29 porte-outil. il est à noter que Le dispositif de l'invention peut être utilisé dans d'autres domaines que le meuble, l'outil porté par Le disque 29 pouvant être de tous types (projection de toutes substances, liquides, gazeuses, pulvérulentes, traitement de toute surface par contact direct par un outil approprié, découpe de tous matériaux à l'aide de dispositifs de coupe à jet d'eau, à laser, etc...). Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation representé et décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes notamment en ce qui concerne La nature des moyens de déplacement des divers chariots et organes mobiles, Les moyens de réglage des courses de déplacements de ceux-ci, les moyens de déplacement et d'orientation du porte-outil sur son chariot-support. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pilotage automatique d'un outil, notamment pour Les travaux de finition de menuiseries, caractérisé en ce qu'il comprend un premier chariot (3) mobile en translation dans une direction sensiblement verticale, un second chariot (6) porté par ledit premier chariot et monté mobile en translation dans une direction orthogonale à la trajectoire du premier chariot, un troisième chariot (14) porté par ledit second chariot et monté mobile en translation dans une direction parallèle à la trajectoire# dudit premier chariot, un organe suiveur (18) solidaire du troisième chariot et agencé de manière à suivre le contour d'un gabarit amovible (19) constitué par une courbe définie dans un plan parallèle à la trajectoire dudit troisième chariot, des moyens (17) de support, déplacement et orientation dans les trois directions dudit outil, portés par ledit troisième chariot et des moyens de commande et contrôle du déplacement desdits premier, second et troisième chariots ainsi que des moyens d'orientation dans Les trois directions dudit outil porté par Le troisième chariot, lesdits moyens étant constitués par un microprocesseur à commande par programmes enfichables assurant les différentes opérations à effectuer à partir de jeux de butées réglables sélectives associées aux moyens de# déplacement desdits chariots et outil. 2. Dispositif suivant La revendication 1, caractérisée en ce que le déplacement desdits premier (3) et second (6) chariots est assuré par des vérins sans tige (7,13) à butées électromagnétiques réglables de détection de la position le long du vérin. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, carac térisé en ce que lesdits moyens de déplacement et d'orientation (17) de l'outil portés par le troisième chariot (14) sont constitués par un moyen (30 à 33) de déplacement de l'outil orthogonalement aux trajectoires des second (6) et troisième (14) chariots, un moyen (34 à 37) de rotation de l'outil autour d'un axe orthogonal aux susdites trajectoires et des moyens (38 à 41) d'orientation gauche/d~oite et haut/bas de L'outil. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisée en ce que ledit moyen de déplacement de L'outil orthogonalement aux trajectoires des second et troisième chariots est constitué par un bras horizontal (30) dont l'extrémité est reliée à une plaque-support (29) sur laquelle est monté amovible L'outil avec ses moyens d'alimentation et/ou d'entraînement, ledit bras étant mû axialement par un coulisseau (31) déplacé par un vérin (33) porté par Ledit troisième chariot (14) et muni de butées électromagnétiques. 5. Dispositif suivant les revendictions 3 et 4, caractérisé en ce que ledit moyen de rotation de l'outil est constitué par un pignon (34) solidaire dudit bras (30) et en prise avec une crémaillère verticale (35) mue par un vérin (36) porté par ledit chariot (14) et muni de butées électromagnétiques. 6. Dispositif suivant les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'orientation gauche-droite et haut-bas de L'outil sont constitués par deux vérins (38) parallèles audit bras (30), interposés entre ledit coulisseau (31) et ledit porte-outil (29), decalés angulairement d'environ 900 et munis de butées électromagnétiques. 7. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit premier chariot (3) entraîne dans sa course un rideau de protection (42) constitué par une enveloppe sans fin à L'intérieur de laquelle se trouve le premier chariot, passant sur des rouleaux fous de renvoi (43) d'axe fixe, situés aux extrémités de la course du chariot et pourvue d'une fenêtre horizontale permettant la libre course dudit second chariot (6). 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que ledit chariot (6) entraîne dans sa course un second rideau de protection (44) constitué par une enveloppe sans fin à l'intérieur de laquelle se trouve Le second chariot, passant sur des rouleaux fous de renvoi d'axe sensiblement vertical, portés par Le premier chariot (3) et munie d'un soufflet de protection (46) enveloppant lesdits moyens (17) de support, déplacement et orientation de l'outil de travail. 9. Dispositif suivant la revendication I, caractérisé en ce que ledit gabarit (19) est monté de manière débrayable à l'aide d'un vérin (28) susceptible de le mettre hors d'atteinte dudit organe suiveur (18).