Brevet FR2626859A2 — publié le 19890811

FR 2626859 A2 19890811 FR 8801487 A 19880205 DISPOSITIF RAPIDE D'AMENAGE ET DE POSITIONNEMENT A CINEMATIQUE RECTANGULAIRE AHELIOREE La pressente addition consiste à perfectionner le dispositif d'amenage et de positionnement dobets o uneposition de travail donnée, ou a plusieurs positions successives selon le brevet principal.Le dispositif est conçu préférentiellement pour être utilisé dans des installations d'àssemblage automatique, les objets à manipuler étant généralement des palettes utîlisees comme supports du produit traite, Les palettes étant véhiculées en amont et en . aval par un convoyeur de type tramsfert-libre, le dispositif a pas de pélerin comporte comme élément principal un mobile à cycle rectangulaire oui vient prendre les palettes sur le convoyeur amont, les depose sur le-ou les postes de travail suocessifs, puis, en fin d'opération, sur le convoyeur aval. Ce dispositif est difficilement adaptable à l'assemblage automatique a très grande cadencer en raison de La brutalité de l'accostage des palettes par le support mobile-, et de la déposa de ces mêmes palettes sur le support fixe. antres points critiques peuvent apparaItre en fin de montée du support mobile et en début de descente, si les accélérations verticales sont mai contrôlées. En effet, contrairement à de nombreux -autres objets pouvant - être véhiculés par ce genre de dispositif, un produit en cours d'assemblage doit. être manipulé avec certaines précautions, du fait qu'il peut contenir des composants qui n'ont pas encore reçu leur fixation définitive, et dont le positionnementn peut entre perturbé par des chocs ou des accélérations verticales excessives. La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un dispositif d'amenage et de positionnement pour des assemblages automatiques a tres grande cadence Le dispositif selon l'invention est caractérise en ce que.les accelerations et deecelerations du support mobile pendant la course verticale ascendante de prise en charge du produit, et la course verticale descendante de positionnement du produit, sont modulées de façon a limiter les chocs exerces sur le produit et susceptibles de déplacer les composants du produit en cours d'assemblage. Les chocs occasionnes par llaccostage des palettes par le support mobile et par leur depose sur le support fixe, sont aggraves par le fait que cet accostage et cette de pose se produisent au voisinage du milieu des courses verticales du support mobile. Les courses vertiçales comportent en effet une partie inférieure au cours de laquelle slengagent ou se dégagent les pions de centrage portes par le support mobile, et une partie supérieure au-cours de laquelle s'engagent ou se dégagent les pions de centrage portes par le support fixe, les phénomènes d'accostage et de dépose constituant précisément la délimitation entre ces deux parties. Avec une cinematique classique comportant une zone d'accélération et une zone de décélération, la vitesse maximale est obtenue vers le milieu de la course, ce qui est évidemment défavorable puisque c'est dans cette zone critique que se situent les phenomenes d'accostage et de depose des palettes ta pressente invention vise a configurer le diagramme espace-temps des courses verticales de telle sorte qu'il fasse apparaltre dans la zone critique une vitesse modérez, ce qui sera obtenu en divisant ce diagramme non plus en deux parties, mais en cinq : - premier phase d'accélération a partir de la vitesse zéro. - phase de décélération jusqu'à une vitesse moderne v. - phase intermédiaire à vitesse moderee v sensiblement constante - deuxieme phase d'accélération a partir de la vitesse v. - deuxième phase de décélération jusqu'à la vitesse zérc Selon un premier principe de mise en oeuvre de l'invention, on admet que les courses horizontales et verticales se succedent sans chevauchement. Les cinq phases de la course verticale doivent donc prendre place dans le temps dévoln à celle-ci, ce temps étant force ment limite pour en laisser suffisamment aux courses horizontales. Les accélérations et décélérations verticales ne pouvant astre tres élevées, il s'ensuit une limitation dans la recherche de l'avantage recherche, a savoir une phase intermediaire a vitesse modérée. Un progrès important peut être apporte par un deuxième principe de mise en oeuvre de Il invention, oui consiste å créer des zones de chevauchement entre les courses horizontales et verticales, Dans la mesure ou il est necessaire d'assurer une course verticale utile pure, c'est-a4-dire sans deplacement horizontal simultane, pour assurer un engagement et un dégagement correct des pions de centrage, les zones de chevauchement pourront entre obtenues en faisant apparattredes surcourses verticales de part et d'autre de la course verticale utile. On aboutit donc à une course verticale totale augmentée, ce qui -n1est pas un inconvénient en soi. Par contre, la durée totale des courses verticales peut être également sensiblement augmentée, ce qui ouvre des possibilités interessantes de configuration du diagramme espace-temps de ces courses, en obtenant des phases intermédiaires plus longues, donc présentant une vitesse plus réduite, -ceci tout en respectant les accélérations et décélérations acceptables. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de I 'invention donne à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexes dans lesquels - les figures 1, 2 et 3 correspondent respectivement aux figuras 1, 5 et 4 du brevet principal - La figure 4 est une vue partielle de la figure i, à echelle agrandie illustrant les positions relatives des differents éléments. - lia figure 5 est une vue en élévation des pions de centrage. - La figure 6 représente le diagramme espace-temps du support mobile pendant la course verticale de prise en charge, dans un dispositif conventionnel. - lia figure 7 est une vue analogue a celle de la figure 6 dlun dispositif selon le premier principe de mise en oeuvre de 1 'invention -La figure 8 est une vue analogue à celle de la figure 7 d'une variante de realisation selon le deusieme principe de mise en. oeuvre de l'invention. - La figure 8 bis est la courbe espace-temps du debout et de la fin du mouvement horizontal selon une autre variante de l'invention. - La figure 9 est une vue analogue à celle de la figure 3 à échelle agrandie illustrant la variante selon la figure 8. - La figure 10 est une vue analogue à celle de la figure 9 illustrant une autre variante. En se référant a la figure1, correspondant au brevet principal, on voit les palettes 2, 2', 21', 2"', ' , circulant sur le convoyeur 3, et le mobile a4 cycle rectangulaire il On y trouve egalement le support fixe 16, sur lequel sont deposees les palettes en position de travail. Il est a4 noter que, dans la configuration présentée, le plan de pose du support 16 doit etre legerement surélevé par rapport au convoyeur 3 pour éviter un contact intempestif de celui--ci avec -la ou les palettes en position de travail Ce décalage serait inutile soit si le convoyeur e tait interrompu dans la zone de travail, c'-est-a-dire si on avait deux convoyeurs distincts pour l'alimentation et l'évacuation, soit Si le convoyeur entait simplement abaisse dans la zone de travail, par exemple par un jeu approprié de poulies de renvoi.Les solutions entraînent une légère complexité mécanique complémentaire, mais qui peut se justifier dans la mesure ou la suppression du décalage permet une amelioration complémentaire importante du diagramme espacetemps. La figure 1 fait également apparaitre un manipulateur 9 suppose effectuer une opération d'insertion de composant, et dont le mouvement doit bien entendu être synchronise avec celui du dispositif d'amenage. Cette synchronisation est illustrée par la figure 2, et des dispositifs de travail autres que des manipulations sont bien entendu possibles. La figure 3 représente schématiquement le cycle du mobile avec ses quatres positions. Sur la figure 1 ,le mobile est représenté en position P1 A partir de laquelle le cycle comporte les quatre phases suivantes : 1J Montée P1 3 P2 Le mobile 11 vient prendre en charge la palette 3 qui était immobiliste contre la butée 15, et la soulève verticalement d'une valeur h.Le positionnement de la palette sur le mobile 11 est assuré par les pions de centrage 17, I?', pénétrant dans des trous correspondants de la palettes Au cours de ce meame mouvement, le mobile prend également en charge la palette 7, qui se tronvait en position de trav-ail, à savoir posée sur le support fixe 16 et positionnée par les pions de centrage 21, 21' (supposés disposes transversalement-. Le centrage de la palette 21 sur le mobile Il est assurer par les pions 18, 18'. Si l'équipement comporte plusieurs positions de travail successives, toutes les palettes presentes sur ces emplacements seront prises en-charge simultanment. 2) Transfert P2#P3 Le mobile li est assure d'un mouvement horizontal d'amplitude a. Au cours de ce mouvement, toutes ls palettes présentes sur le mobile se déplacent vers l'aval d'une valeur a. Ainsi, en référence a la figure 1, la palette 2 viendra a la verticale de la position de travail et la palette 2' viendra au--dessus de la partie aval du convoyeur. Si le dispositif comporte plusieurs positions de travail, cette phare de mouvement conduit chaque palette à passer d'une position à la suivante. En conséquence, la distance séparant deux positions successives doit etre égale a a, qui est le pas du dispositif. Il convient de noter qutau cours de ce mouvement, la face inférieure des palettes ne doit pas accrocher les pions 21, ce qui conditionne la hauteur dont elles ont du être soulevees lors du mouvement précédent, et donc la course verticale h du mobile 11. 3) Descente P3 -+ P4 Le mobile 1 1 descendant verticalement de la valeur h, toutes les palettes sont déposées, soit sur le support fixe 16,, ou elles sont reprises en positionnement par les pions 21, 21', soit, pour la dernieret sur la partie aval du convoyeur qui assurera son évacuation, A la fin de ce mouvement le mobile il se trouve dans la position représentée en pointillé sur. la figure 1. 4) Retour P4 -iP1 Le mobile 11 revient vers l'amont d'une valeur a pour reprendre sa position de de but de cycle Il est clair qu'au cours de ce mouvement, les pions de centrage équipant le mobile Il ne ne doivent pas accrocher la face inférieure des palettes sous lesquelles il passe.En particulier, les pions 17, 17' ne doivent pas accrocher la palette 2"', qui vient entre temps prendre la place de la palette 2. C'est cette contrainte qui détermine le niveau inférieur du cycle du mobile 1 I, et par conséquent la course verticale h. En référence à la figure 2 sur laquelle, à titre d'exemple, le cycle de l'équipement a été pris égal à une seconde, il apparait qu'une optimisation du cycle peut être obtenue par une répartition appropriée de ce cycle entre les quatre phases prédécrites du cycle rectangulaire de l'amenage. La première contrait a satisfaire est de laisser au dispositif actif le temps d'effectuer son intervention, en l'occurrence - l'opération de pose s'il s'agit d'un manipulateur d'insertion Or, cette intervention se fait obligatoirement pendant la phase P4#)P1 qui correspond au retour à vide du support mobile alors que la palette 2 se trouve en position de travail La phase P4 -EP1 ne doit donc pas etre trop courte. Le temps restant (de pi å P4 > est a repartir au mieux entre la montée, le transfert et la descente Si on considère que la course horizontale "a" est nettement plus importante que la course verticale "h", il semble olgingus d'affecter beaucoup plus de temps au transfert qu'à la montée et a la descente. lia présente invention est basée sur la conststation que c'est au cours de la montée et de la descente que lton rencontre les chocs et les accélérations verticales les plus dangereux pour la tenue du produit et l'invention consiste a favoriser les mouvements de montée et de descente. A titre d'exemple, on peut admettre les durées suivantes - 0,35 a pour les courses horizontales d'environ 150 mm - 0,15 s pour les courses verticales d'environ 10 mm. Cette répartition avantage sensiblement les courses verticales, tout en n'entraînant pas d'accélérations horizontales excessives, et en laissant au manipulateur un temps suffisant pour son intervention. En analysant maintenant les courses verticales, en commençant par la montés P1#P2, d'amplitude h, on pent observer que la cote h se compose de la somme des cotes suivantes hauteur des pions 17, 17'. - le mobile etant en Pi, jeu entre le sommet des pions 17, 17' et le plan du convoyeur. - décalage entre le plan du convoyeur et le plan'de pose du support fixe 16 (si ce décalage existe). - hauteur des pions 21, 21. - jeu entre le sommet des pions 21, 21i et le plan horizontal QU évolue la base des palettes qui constitue le plan actif du mobile 11 pendant la phase de transfert. Toujours à titre d'exemple, on peut admettre pour ces différentes cotes les valeurs suivantes - pions 17, 17t : 4,5 mm - jeu au dessus de ces pions 1 mm - décalage convoyeur - support fixe : 1 mm -'pions 21, 21' : 3 mm - jeu au dessus de ces pions : 0,5 mm Ce qui donne un total de 10 mm. Ces valeurs appellent les commentaires suivants - la différence entre les pions 17,17' et 21, 21' s'explique par le fait que les premiers ont a prendre en charge la palette alors qu'elle est en butée sur le convoyeur, c'est-à-dire positionnée de façon imprécise. Les pions 17r 17' doivent donc présenter des entrées coniques importantes, ce qui nécessite une certaine hauteur.Au contraire, les pions 21, 21' sont abordés par la palette alors que celle-ci est prise en charge par le mobile 11, qui assure un positionnement beaucoup plus précis.Les picns 21, 21' peuvent donc être sensiblement plus courts La même remarque pourrait valoir pour les pions 18, îa', mais S ceux-ci ne font pas partie de la chaîne de cotes critique ils peuvent donc sans inçonvénient être identiques aux pions 17, 17' - les jeux qui intéressent le convoyeur sont fixés A 1 mm, car le plan du convoyeur n'est pas forcément tres précis Au contraire, le jen au-dessus des pions 21, 21' est limité à 0,5 mm, car il intéresse également le mobile il en position haute, position qui peut être considérée comme précise. Tous ces éléments géométriques sont illustrés par la figure 4 dans laquelle les plans caractéristiques du dispositif portent les repères suivants : - 101 est le plan an du mobile 11 en position basse - 102 est le plan du convoyeur - 103 est le plan de pose du support 16 - 104 est le plan actif du mobile 11 en position haute La figure 5 montre les silhouettes des pions 17 et 21, avec leur engagement dans les palettes Un eu plus important est ménagé entre la palette et le pion 17, ceci pour éviter que le guidage des pions la, 17f ne vienne contrarier celui des pions 21t 21t lors de la dépose des palettes sur le support 16, la meilleure précision étant bien entendu réservée aux pions 21, 2 La figure 6 représente le diagramme espace-temps du mobile il lors de sa course de montée dans un fonctionnement usuel. on retrouve sur ce diagramme, les courses en ordonnées avec le positionnement des différents plans caractéristiques 101 --102 103 - 104. Les points M1 et M2 correspondent respectivement aux positions PI et P2 du mobile, M1 étant pris conventionnell-e-ment comme origine des coordonnées. Les coordonnées de-M2 sont donc t = 0,15 s h = 10 mm Dans une cinématique classique, le passage de M1 à M2-se fera selon une fonction -espace-temps du type a accélération constante correspondante à 2 arcs de parabole inverses ou encore du type sinusoidal La courbe représentée sur la figure 6 est du type parabolique, mais une courbe du type sinusoïdal aurait une allure peu différentè, Si on calcule les données cinématiques intéressantes, on obtient - accélérations : 1r78 m/s2 (ou 0,18 g) - vitesse d'impact sur convoyeur : 0,127 m/s (plan 102 > - vitesse d1impact sur support 16 : 0,109 m/s (plan 103). L'accéleration est tres modérée Par contre, les vitesses d'impact sont élevées, du fait que les plans 102 et 103 se situent non loin de la mi-course. On peut craindre de ce fait des effets de chocs dangereux pour la stabilité du produit. Une amélioration selon l'invention représentée par la figure 7. En mettant à profit le fait qu'on peut augmenter les accélérations, on fait apparaltre au voisinage des plans 102 et 1Q3 une zone à vitesse réduite. En fait, cette zone a été étendue légèrement de part et d'autre des plans 102 et 103, pour tenir compte d'éventuelles imprécisions (0,5- mm de chaque côté). Les données cinématiques deviennent par exemple - accélération au voisinage de M2 = 3,55 m/s2 (on 0,36 g) - vitesse d'impact = 0,038 m/s (plans 102 et 103). Les autres accélérations sont plus élevées, mais ne sont pas génératrices de risques. Il est facile de voir qu'en admettant une accélération au début et une décélération en fin de course plus élavées, 0,36 g au lieu de 0, 18, on peut réduire considérablement les vitesses d'impact en l'occurrence dans un rapport de 3,3 environ, ce gai diminue considérablement les phénomènes de chocs. Un duxième niveau d'amélioration est représenté par la figure 8. Par rapport au cas précédent, la course verticale du mobile a été augmentée de 2 mm vers le haut et de 2 mm vers le bas, ces courses complémentaires étant effectuées avant et apres le créneau de temps théorique de 0,15 s. Les points M1 et M2 n'ayant pas changé, le débattement vertical utile, c'est-a-dire intéressant les plans compris entre 101 et 104, se présente comme précédemment.Par contre, l'augmentation de la course verticale totale å la fois dans le temps et dans l'espace, permet d'élargir la plage à vitesse réduite, tout-- -en contrôlant mieux les accélérations Les données cinématiques deviennent - accélération au voisinage de M2 et M4 = 2,84 m/s2 (ou 0,29 q - vitesse d'impact = 0,024 m/s plans 102 et 103). Les paramètres critiques sont donc nettement améliorés.Quant à l1augmentation de la course totale a.14 mat elle ne comporte pasd'inconvénient notable. On trouve également sur la figure 8 8 une représentation de ce que pourrait être un diagramme espace-temps optimisé dans le cas où on supprime le décalage entre les plans du convoyeur 102 et du support fixe 103. La zone a vitesse modérée peut alors être limitée a la plage d'imprécision, qui peut être évaluée a 1 environ.Les accélérations n'étant pas modifiées, on arrive au diagramme tracé en pointillé qui fait aparaître ane vitesse d'impact encore réduite, à savoir environ 0,015m/s, chiffre qui pourrait encore être réduit par une meilleure maîtrise de la précision générale du système. Sur le plan de la réalisation, ltobtention de courbes telles que décrites sur les figures 7 et 8 8 ne pose pas de problème Si on utilise une came. On peut également les réaliser par des jeux d'articulations, mais d'une façon plus approximative et au prix d'une plus grande complexité. Le mouvement qui vient d'être décrit est la montée P1#P2, mais le mouvement de descente P3 -&num; P4 peut être exactement similaire, les plans 102 et 103 se présentant au méme- niveau et les effets étant identiques. Les mouvements horizontaux peuvent, en première analyse, être limités aux créneaux théoriques de 0,35 s. Dans le cas des figurés 6 et 7, il y a alors une succession parfaite des quatre mouvements, sans aucun chevauchement; lie cycle est parfaitement rectangulaire. Dans le cas de la figure 8, par contre, il y a recouvrement entre la fin d'un mouvement vertical et le début d'un mouvement horizontal. Le cycle n1 est plus parfaitement rectangulaire, mais présente des arrondis tels que représentés sur la figure 9.Par contre, les points P1 - P2 - P3 - P4 sont toujours respectés Il est intéressant d'évaluer les accélérations horizontales conduisant à un déplacement horizontal 'de 150 mm en 0,35 s. En faisant l'hypothèse des accélérations constantes, on arrive a un chiffre de 4,9 m/s2 (0,5 g), ce qui constitue une valeur admissible, les accélérations horizontales étant moins dangereuses que les accélérations verticales Ce chiffre peut être également amélioré si on -admet un chevauchement complémentaire des mouvements verticaux et horizontaux, mais cette fois en empiétant sur le temps affecté au mouvement vertical Ce chevauchement est illustré par la figure 8 bis qui est une courbe espace-temps de la fin et du début du mouvement horizontal, de part et d'autre d'une course verticale Ce diagramme se lit avec une celle de temps commune avec la figure 8. Si on admet des chevauchements de 0,015 s, la durée disponible pour le mouvement horizontal devient 0,38 s, et le calcul de l'accélération donne 4,15 m/s2 (0,46 g), Dans ce dernier cas, le cycle est toujours rectangulaire arrondi J mais on ne passe plus exactement par les points ri - P2 P3#P4, mais légèrement à l'intérieur, de la menière représentée a la figure 10.Cela reste acceptable dans la mesure où ce décalage n'est pas trop important, et reste compatible avec la sécurité dans l'engagement et le dégagement des pions de centrage par rapport aux trous des palettes Cette condition est largement réalisée avec le diagramme de la figure 8 bis Il est bien entendu possible de faire apparaître des différences entre les chevauchements horizontaux, par exemple en admettant une sécurité moins importante lors du dégagement des pions que lors de leur engagement ;; ou encore de prévoir un chevauchement plus important sur le mouvement P4#P1 que sur le mouvement P1 #P2, mais les avantages qu'on peut en attendre sont toujours moindres. Les améliorations précitées constituent des progres technologiques indispensables a la maîtrise de l'application de ce type de dispositif a des cadences de fonctionnement élevées, et pour des produits fragiles tels que des objets en cours d'assemblage A côté de la sécurité d'exploitation, une autre retombée intéressante se situe dans le domaine du bruit, qui est directement lié aux vitesses d'impact entre les palettes et les pie ces mécaniques avec lesquelles elles sont en contact Les indications chiffrées données dans la précédente description ne le sont qu'à titre indiatif et, certaines dispositions constructives peuvent être modifiées sans sortir du cadre dn brevet, par exemple : le centrage par pions cylindro-coniques peut être réalisé par tout autre élément mécanique apporprié et - la disposition relative dans le sens transversal des supports fixe Et mobile et du ou des convoyeurs, peut être modifiée REVENDICATIONS : 1. Dispositif selon l'une quelconque des revendications du brevet principal, notamment pour un dispositif d'assemblage à trés grande cadence, caracteris,e en ce quelles accélerations et décélérations du support mobile (il) pendant la course verticale (P1 - P21 de prise en charge du produit, la course horizontale (P2 - P3) d'amenez au produit, la course verticale (P3 - P4) de positionnement au produit et la course horizontale (P4 ^ P1) de retour, sont modulées de façon a limiter les chocs exercés sur le produit et susceptibles de déplacer les composants du produit en cours d1 assemblage. 2. Dispositif selon la revendication1, caracterise en ce que la course verticale (P1 - P2) du support mobile (11) pour la prise en charge du produit (1) présente une phase intermédiaire, correspondant a l'accostage du produit, de vitesse ralentie par rapport a la phase précédente d t approche et la phase suivante de transport du produit de façon a réduire les chocs exercés sur le produit. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la course verticale (P2 - P4) de positionnement présente une phase intermédiaire correspondant a la dépose du produit de vitesse ralentie par rapport a la phase précédente et a la phase suivante. 4. Dispositif selon la revendication i, 2 ou 3, caractérisé en ce que les mouvements verticaux (Pi - P2 ; P3 - P4) comportent des surcourses de part et d'autre des points théoriques (P1 - P2 ; P3 - P4) ) du cycle rectangulaire, ces surcourses étant en chevauchement dans le temps avec le début et la fin des mouvements horizontaux (P2 - P3 ;; P4 - P1) pour augmenter la durée de la phase intermédiaire sans etre obligé de réduire celle de la phase précédente et de la phase suivante, et permettre une réduction, a la fois de la vitesse verticale du support mobile (11) dans la phase intermédiaire d1 accostage ou de dépose, et/où de l'accélération négative dans la partie superieure des mouvements verticaux. 5. Dispositif selon la revendication 1, 2, 3ou 4, caractérisé en ce que le temps alloué aux mouvements horizontaux (P2 - P3 w P4 Pf est majoré par empietement sur le créneau de temps alloué aux mouvements verticaux (P1 - P2 ; P3 - P4), en vue de diminuer les accelérations rencontrées lors desdits mouvements horizontaux. 6. Dispositif selon la revendication 1, 2, 3, 4ou 5, caractérisé en ce que le plan du ou des convoyeurs (3) d'alimentation et d'évacuation du produit, et le plan dn support fixe (16), Sont situés au même niveau, en vue d'obtenir une possibilité de réduction peu importante de la vitesse verticale ou support mobile (11) dans la phase intermédiaire d'accostage ou de dépose. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les convoyeure d'alimentation et d'évacuation sont distincets, et n'intéressent pas la zone de travail on se situe le support fixe 8. Dispositif selon la revendication 6, caractétisé en ce que le convoyeur commun d'alimentation et d'évacuation présente dans la zone de travail un tronçon abaissé par rapport aux es amont et aval.