Brevet FR2630675A1 — publié le 19891103

La présente invention concerne un système pour réaliser des opérations sur des objets de grandes dimensions, notamment pour peindre un aéronef. Dans le domaine aéronautique, les opérations habituelles de finissage et d'entretien des aéronefs, comme par exemple la peinture, le ponçage ou le lavage, posent des problèmes particuliers du fait même des dimensions souvent importan- tes des aéronefs, en particulier lorsqu'il s'agit d'avions "gros porteurs". De telles opérations peuvent bien sûr être réalisées manuellement. Pour ce faire, l'avion est amené dans un hangar, et les opérateurs travaillent à partir de plates-formes reliées à des nacelles suspendues à des ponts roulants se déplaçant au-dessus de l'avion. Si de telles opérations manuelles sont satisfaisantes quant à leurs résultats, elles ne le sont absolument pas en ce qui concerne les conditions dans lesquelles elles sont effectuées. En effet, elles prennent beaucoup de temps et/ou nécessitent une mair.-d'oeuvre importante, ce qui implique une longue immobilisation au sol des appareils et des coûts prohibitifs. De plus, pour certaines opérations, comme par exemple la peinture, les ouvriers sont amenés à travailler dans un milieu hostile, nuisible à leur santé, du fait, par exemple, de la présence de particules de peinture en suspension dans le milieu ambiant. Pour toutes ces raisons, on a envisagé d'automatiser de telles opérations. Pour cela, des bras articulés, dont l'extrémité libre porte l'organe de travail, sont reliés à l'ensemble classique formé de ponts roulants et de nacelles, les déplacements desdits ponts roulants, nacelles et bras étant asservis à des moyens de commande appropriés. Quand il s'agit par exemple d'une opération de lavage, 2. 1 l'automatisation ne pose pas de problèmes particuliers, tout au moins en ce qui concerne la précisior desdits déplacements, d'éventuelles différences de position pouvant être absorbées par les brosses de lavage. Cela n'est pas le cas pour d'autres opérations comme la peinture. On conçoit, en effet, que la peinture d'un avion exige une grande précision, de l'ordre du millimètre. Cependant, les ponts roulants, par exemple, du fait de leurs grandes dimensions (de plusieurs dizaines de mètres à une centaine de mètres pour des "gros porteurs") ne peuvent être déplacés, par l'intermédiaire desdits moyens de commande, qu'avec une précision de l'ordre du centimètre (précision au demeurant suffisante pour une opération telle que le lavage). Un problème semblable se pose en ce qui concerne le déplace- ment des nacelles par rapport au pont roulant sur lequel elles évoluent. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvé- nients, et concerne un système adapté pour effectuer, automatiquement et avec une grande précision, des opérations sur des objets de grandes dimensions, et, en particulier, la peinture d'avions "gros porteurs". A cet effet, le système pour réaliser des opérations sur des objets de grandes dimensions, notamment pour peindre un aéronef, du type comprenant: - des premiers moyens mobiles suivant une première direction X,X', - des seconds moyens mobiles suivant une deuxième direction Y,Y' orthogonale à ladite première direction X,X', lesdits seconds moyens étant portés par lesdits premiers moyens et portant au moins un bras articulé dont l'extrémité libre est munie d'a' moins un organe destiné à effectuer un travail prédéterminé, à partir d'une position de référence, - des moyens moteurs pour déplacer lesdits premiers et seconds moyens vers une position de consigne, et - des moyens de commande,. 2630675. 1 est remarquable, selon l'invention, en ce que lesdits moyens de commande sont aptes, préalablement à l'exécution dudit travail prédétermine, à: commander le déplacement desdits premiers et seconds moyens mobiles, par l'intermédiaire desdits moyens moteurs, vers ladite position de consigne, - recevoir des informations de moyens, montés sur lesdits premiers et seconds moyens mobiles, pour mesurer l'écart entre la position réelle desdits premiers et seconds moyens mobiles et ladite position de consigne, -traiter lesdites informations, et commander, en fonction desdites informations, le déplacement dudit ou desdits bras articulés pour amener ledit organe de travail dans ladite position de référence. On s'affranchit ainsi de la médiocre précision concernant la "grosse mécanique" (les premiers et seconds moyens mobiles), en n'ayant plus à prendre en compte que la précision relative aux bras articulés, en tout état de cause plus "souples" et dont les zones d'action sont d'étendue nettement inférieure à celle de la "grosse mécanique", ce qui permet d'atteindre les précisions requises, de l'ordre du millimètre. Avantageusement, lesdits premiers et seconds moyens mobiles sont susceptibles d'être déplacés vers une pluralité de positions de consigne, réparties le.long de voies de déplacement respectives desditE premiers et seconds moyens. En particulier, lesdites positions de consigne peuvent être régulièrement réparties le long desdites vcies. Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdits moyens de commande sont aptes à commander le déplacement dudit ou desdits bras articulés pour amener ledit organe de travail dans ladite position de référence en fonction d'informations concernant l'écart entre la position réelle et une position de consigne prédéterminée de l'objet à traiter. En particulier, ledit écart peut être déterminé à l'aide de moyens de mesure montés à l'extrémité libre du ou desdits bras articulés, et destinés à venir au contact de points de l'objet, caractéristiques de la position de ce dernier. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, lesdits moyens de commande sont constitués par un calculateur apte à piloter une pluralité d'unités de commande, une unité de commande étant associée à chacun des ensembles de premiers et seconds moyens mobiles, ainsi qu'à chacun desdits bras articulés. Avantageusement, chacune desdites unités de commande comprend des moyens pour dialoguer avec ledit calculateur, *reliés à des moyens. de commande proprement dits des différents moyens moteurs associés auxdits premiers et seconds moyens mobiles, ainsi qu'auxdits bras articulés. Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdits premiers moyens mobiles sont constitués par au moins un pont roulant, et lesdits seconds moyens mobiles par au moins une nacelle. En particulier, chaque pont roulant porte deux nacelles disposées respectivement de part et d'autre de l'objet à traiter en position de travail, et portant chacune au moins un bras articulé. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, chacun desdits bras articulés est susceptible de se déplacer suivant lesdites première et seconde directions 2630-675 1 X,X' et Y,Y', ainsi que suivant une troisième direction Z,Z' orthogonale'auxdites première et seconde directions X,X' et Y,Y'. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ees figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue schématique de dessus d'un exemple de réalisation du système de l'invention. La figure 2 est une vue schématique de côté d'un exemple de réalisation d'une nacelle et d'un bras articulé selon 1 tinvention. La figure 3 est une vue schématique de cSté d'une variante de réalisation d'une nacelle et d'un bras articulé selon l'invention. La figure 4 est une vue schématique partielle Semblable à la figure 1. La figure 5 illustre les différentes zones d'aczion possibles pour l'organe de travail. La figure 6 illustre l'écart entre la position de consigne et la position réelle d'une nacelle. La figure 7 montre l'écart entre la position de consigne et la position réelle de l'avion à peindre. La figure 8 est un diagramme synoptique des moyens de commande selon l'invention. La figure 9 est un schéma d'une unité de commande. 1 On décrira, ci-après, un exemple de réalisation du système de l'invention, plus particulièrement adapté pour peindre un avion du type "gros porteur". La salle de peinture, dans son ensemble, est constituée, dans l'exemple envisagé, d'un bâtiment (non représenté) de grandes dimensions, correspondant aux dimensions de l'avion à peindre (une cinquantaine de mètres de long et approxima- tivement autant d'envergure, par exemple), bâtiment équipé de deux chemins de roulement 1,2 parallèles, s'étendant suivant une première direction X,X', sur lesquels peuvent circuler deux ponts roulants 3,4 s'étendant suivant une deuxième direction Y,Y' orthogonale à ladite première direction X,X' (figure 1). Chacun des ponts roulants 3,4 supporte deux nacelles 5,6; 7,8 pouvant se déplacer, sous le pont correspondant, suivant ladite deuxième direction Y,Y'. Les nacelles 5,6; 7,8 de chaque pont 3,4 sont disposées respectivement de part et d'autre de l'avion 9 en position de travail. Plus particulièrement, un pont 3 est destiné à travailler en avant des ailes de l'avion, et l'autre pont 4 entre ces dernières et l'empennage. Chaque nacelle est équipée d'un bras articulé 10 (éventuel- lement de plusieurs bras), dont l'extrémité libre est munie d'un organe de travail 11, en l'occurrence un pistolet de peinture, comme on, peut mieux le voir sur les figures 2 et 3. Les déplacements des ponts roulants 3,4 sur les chemins de roulement 1,2, et des nacelles 5,6; 7,8 sur les ponts 3,4, sont obtenus par des moyens moteurs respectifs 13,14 et 15, symboliquement représentés sur les figures 1,2 et 3. Selon les besoins, les bras articulés 10 peuvent présenter différentes structures, dont deux exemples sont montrés sur les figures 2 et 3. En référence à la figure 2, le bras 10 est constitué de tronçons de bras 10a, 10b et 10c articulés les uns par rapport aux autres. Plus particulièrement, le tronçon 10a peut tourner autour de l'axe Z,Z', orthogonal auxdites directions X,X' et Y,Y', et est relié, de façon pivotante, au tronçon lOb, lui-même relié, de façon pivotante, au tronçon 10c. Ce dernier tronçon de bras est télescopique, et porte, à.son extrémité libre, une. chape 10d de support de l'organe de travail 11, ladite chape étant reliée, de façon pivotante, audit tronçon 10c. Sur la figure 3, est illustrée l'adaptation d'un bras articulé 10 à une structure actuellement utilisée pour la peinture manuelle. Le bras 10 est monté sur une plate-forme 16 (jusqu'à présent utilisée par les peintres) reliée à la nacelle par l'intermédiaire d'un tube télescopique 17. Les déplacements des ponts roulants, nacelles et bras articulés, qui viennent d'être décrits, sont commandés à partir d'un calculateur 20 apte à piloter une pluralité d'unités de commande individuelles 21-26 (figure 8). Une unité de commande 21,22 est associée à chaque ensemble constitué par un pont roulant et ses deux nacelles, d'une part, et une unité de commande 23,24; 25,26 est associée à chacun des bras articulés correspondants, d'autre part. On notera que le diagramme de la figure 8 illustre le cas particulier o deux ponts roulants portent chacun deux nacelles, chaque nacelle portant un bras articulé (figure 1). 1 Plus spécifiquement, selon l'invention, les moyens de commande, constitués par le calculateur 20 et lesdites unités de commande 21-26 qui lui sont associées, sont aptes - commander le déplacement des ponts roulants 3,4 et des nacelles 5,6; 7,8, par l'intermédiaire des moyens moteurs associés 13,14; 15, vers une position de consigne, - recevoir des informations de moyens de détection (décrits par la suite), montés sur les ponts et les nacelles, pour mesurer l'écart entre la position réelle des ponts et des nacelles et ladite position de consigne, - traiter lesdites informations, et commander, en fonction desdites informations, le déplacement des bras articulés 10 pour amener l'organe de travail 11 dans une position de référence à partir de laquelle ledit organe 11 doit effectuer un travail prédéterminé. Plus particulièrement, et en se référant à la figure 4, chaque pont roulant (par exemple, le pon: désigné par la référence numérique 3) peut être déplacé vers une pluralité de positions de consigne 30a,30b,30c réparties, notamment régulièrement, le long des chemins de roulement 1,2. De même, chaque nacelle (par exemple, la nacelle désignée par la référence numérique 5).peut être déplacée vers une pluralité de positions de consigne 31a,31b,3ic réparties, notamment régulièrement, le long du pont correspondant 3. Le positionnement respectif des ponts et nacelles peut être relativement peu précis à l'intérieur d'une zone admissible (lesdites zones étant hachurées sur la figure 4), dans laquelle la position réelle de chaque pont et de chaque nacelle sera mesurée avec précision, par exemple à l'aide de codeurs optiques, symbolisés par des traits référencés 32,33 sur la figure 4. Cette mesure pourra être donnée sous forme d'un écart 6x, 6y (bien évidemment exagéré sur la 9 2630675 figure) par rapport à la position centrale de la zone admissible correspondante, c'est-à-dire la position de consigne 30a,30b,30c; 31a,31b,31c. Ainsi, de telles mesures, données sous forme d'écartz par rapport à des positions de consigne, permettent, en définitive, de déterminer la position réelle de chaque nacelle (par exemple 5) par rapport-à un repère fixe lié à la salle de peinture. Ces informations permettent de commander le déplacement du bras articulé 10 pour amener l'organe de travail 11i dans une position de référence, comme l'illustre la figure 6, o les traits pleins correspondent à des positions réelles et les traits mixtes à des positions de consigne. Les positions pouvant être atteintes par chaque ensemble pont/nacelle ne sont pas continues, mais discrètes. Chaque nacelle peut donc occuper les sommets 34 d'un quadrillage de l'espace (figure 5). Pour chaque position, le volume de travail 35 du bras sera centré sur le sommet 34. Les volumes de travail 35 ont une intersection non nulle afin de couvrir tout l'espace. Ainsi, l'avion est "découpé" en tranches 36, chacune d'elles étant peinte à partir d'une position donnée du pont. Par ailleurs, les moyens de commande (le calculateur 20 et les unités de commande 23-26) sont aptes à commander le déplacement des bras articulés 10 pour amener l'organe de travail 11 dans ladite position de référence en fonction d'informations (référence 40 sur la figure 8) concernant l'écart entre la position réelle et une position de consigne prédéterminée de l'avion 9 à peindre. Il est en effet impossible, en pratique, de disposer l'avion dans la salle de peinture avec la précision requise. Pour résoudre ce problème, l'avion est pLacé à 2630675 l'intérieur d'une zone admissible, puis des mesures sont effectuées pour déterminer l'écart entre sa position réelle et une position de consigne prédéterminée. Ledit écart peut être déterminé, par exemple, à l'aide de moyens de mesure 41, montés à l'extrémité libre d'un bras articulé 10, et destinés à venir au contact de points de l'avion, caractéristiques de la position de ce dernier. Ces moyens de mesure 41, symboliquement représentés sur la figure 1, peuvent être de forme sensiblement conique de façon à venir s'appliquer sur lesdits points, notamment les extrémités A,A' de l'avion 9. Lesdits moyens de mesure sont amenés en position en "mode manuel" par un opérateur. Une fois ceux-ci en place, l'opérateur valide la position qui est alors prise en compte par le calculateur. L'avion étant considéré comme une droite joignant ses extrémités, il est clair que la droite A,A' correspondant à la position de l'avion sera là transformée de la droite théorique AT,A'T par une translation T et une rotation e (figure. 7). Les travaux à effectuer étant référencés par rapport à l'avion et non par rapport à la salle, il convient de corriger les consignes destinées aux bras articulés, en fonction de l'écart entre la position réelle et la position de consigne de l'avion. Pour cela, on pourra utiliser les équations ci-dessous qui donnent la transformation à - appliquer à tout point Pt théorique pour obtenir les coordonnées, dans un repère lié à la salle, d'un point P correspondant à la position réelle de l'avion. En supposant la position théorique AT,A'T parallèle à l'axe X,X', et en notant: -- Tx T Ty la translation et 0 la rotation, on peut écrire: 11i 2630675 xp xA + (xPt + Tx - xA).cos8 - (yPt + Ty - yA).sin8 yp yA + (xPt + Tx - xA).sine + (yPt + Ty - yA).cos6 ou le point A est celui de la figure 7. En référence à la figure 9, on décrira ci-après, à titre d'exemple, une structure particulière d'une unité de commande, comme l'unité 23 associée à un bras articulé 10. L'unité de commande 23 comporte un certain nombre de cartes à microprocesseur. Ainsi, une carte "maitre" 100 permet de dialoguer avec le calculateur 20. Cette carte "maitre" 100 communique, au moyen d'un bus intercarte, avec différentes cartes "d'axe" 101, dont chacune est associée à un moteur 103, commandant le déplacement d'un tronçon de bras 1Oa,10b,10c..., par l'intermédiaire d'une carte "d'inter- face" 102. Par ailleurs, l'unité de commande 23 comporte un circuit d'initialisation 104. De manière générale, le calculateur 20 envoie des consignes vers l'unité de commande 23. Les consignes sont reçues par la carte "maitre" 100, qui les analyse afin de les transmettre aux cartes "d'axe" destinatrices 101, qui, à leur tour, les transmettent aux moteurs correspondants 103. On décrira maintenant le fonctionnement du système selon l'invention. Comme déjà indiqué, les ponts roulants et les nacelles ne peuvent pas être déplacés avec la précision requise pour les opérations à exécuter, comme la peinture d'un avion du type "gros porteur". En revanche, il est possible de mesurer leur position de façon suffisamment précise. 12 2630675 1 2 1 Le principe de fonctionnement du système de l'invention est le suivant. Le calculateur 20 possède, dans sa mémoire, des informa- tions concernant différentes positions de consigne pour les ponts 3,4 et nacelles 5,6; 7,8. Ces informations sont transmises aux unités de commande 21,22 correspondant, respectivement, aux ensembles constitués chacun d'un pont et de deux nacelles. Ces unités de commande 21,22 pilotent le déplacement des ponts et nacelles avec la précision permise par la "grosse mécanique". Il existera donc, entre la position réelle des ponts et nacelles et la position de consigne, un écart supérieur à la précision requise. Sur requête du calculateur, les unités de commande 21, 22 déclenchent des opérations de mesure de cet écart, corres- pondant à une translation par rapport à la position de consigne (figure 6) . Le calculateur 20, en tenant compte de cet écart, pourra modifier les jeux de consignes destinées aux unités de commande 23-26 des bras articulés 10 pour amener leur organe de travail 11 dans la position de référence prédéterminée, ou position d'initialisation du travail à effectuer. Pour des raisons pratiques, il est avantageux de définir un jeu de zones d'arrêt pour les ponts roulants et les nacelles, correspondant aux volumes de travail 35 (figure 5) pour les bras 0iO. Lors de l'exécution de l'opération, les mouvements des organes de travail dépendent ainsi uniquement des déplacements des bras articulés correspon- dants. Les déplacements des ponts et nacelles peuvent être considérés comme des "temps morts" en ce qui concerne l'opération proprement dite à effectuer, et ne servent en fait qu'à changer de volume de travail. Par ailleurs, comme indiqué précédemment, il faut également tenir compte du manque de précision du positionnement de l'avion. En définitive, il convient tout d'abord de placer l'avion, dans la salle de peinture, le plus près possible de sa position de -consigne. Puis, en mode manuel, on déplace des bras articulés 10 pour amener des moyens de mesure 41 sur les extrémités de l'avion. Après validation de la position, celle-ci est lue par le calculateur 20. A partir d'un jeu J1 de consignes théoriques, le calculateur 20. détermine un jeu J2 de consignes prenant en compte l'écart de position de l'avion. Par ailleurs, le calculateur 20 est apte à envoyer des consignes aux unités de commande 21,22 des ponts et nacelles pour les déplacer dans des volumes de travail 35 déterminés. La position réelle des ponts et nacelles est mesurée par l'intermédiaire des unités de commande 21,22, sur requête du calculateur. Cette mesure est utilisée par le calculateur 20 pour déterminer, à partir du jeu J2 de consignes précédent, un jeu J3 de consignes tenant compte de l'écart de position des ponts et nacelles. Ce jeu J3 de consignes est envoyé aux unités de commande 23-26 des bras articulés 10 pour amener l'organe de travail 11 dans la position de référence de celui-ci, qui peut alors exécuter l'opération qui lui a été assignée. Le système de l'invention permet ainsi, en "découplant" la commande des déplacements de la "grosse mécanique" (pont et nacelles) et des bras articulés, d'atteindre les précisions de positionnement requises, de l'ordre du millimètre, pour des opérations comme la peinture d'un avion du type "gros porteur". 14 2630675 REVENDICATIONS 1 - Système pour réaliser des opérations sur des objets de grandes. dimensions, notamment pour peindre un aéronef, du type comprenant: - des premiers moyens mobiles suivant une première direction X,X', - des seconds moyens mobiles suivant une deuxième direction Y,Y' orthogonale à ladite première direction X,X', lesdits seconds moyens étant portés par lesdits premiers moyens et portant au moins un bras articulé dont l'extrémité libre est munie d'au moins un organe destiné à effectuer un travail prédéterminé, à partir d'une position de référence, - des moyens moteurs pour déplacer lesdits premiers et seconds moyens vers une position de consigne, et - des moyens de commande, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande sont aptes, préalablement à l'exécution dudit travail prédéter- miné, à: - commander le déplacement desdits premiers (3,4) et seconds (5, 6;7,8) moyens mobiles, par l'intermédiaire desdits moyens moteurs (13,14, 15), vers ladite position de consigne, - recevoir des informations de moyens de détection (32,33) montés sur lesdits premiers (3,4) et seconds (5,6,7,8) moyens mobiles, pour mesurer l'écart entre la position réelle desdits premiers (3,4) et seconds (5,6,7,8) moyens mobiles et ladite position de consigne, - traiter lesdites informations, et commander, en fonction desdites informations, le déplacement du ou desdits bras articulés (10) pour amener ledit organe de travail (11) 3C dans ladite position de référence. !5 1 5 2630675 1 2 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers (3,4) et seconds (5,6;7,8) moyens mobiles sont susceptibles d'être déplacés vers une pluralité de positions de consignes (30a,30b,30c; 31a,31b,31c), réparties le long des voies de déplacement respectives desdits premiers (3,4) et seconds (5,6;7,8) moyens. 3 - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites positions de consigne (30a,30b,30c; 31a,31b,31c) sont régulièrement réparties le long desdites voies. 4 - Système selon l'une quelconque des-revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (20,21-26) sont aptes à commander le déplacement dudit ou desdits bras articulés (10) pour amener ledit organe de travail (11) dans ladite position de référence en fonction d'informations concernant l'écart entre la position réelle et une position de consigne prédéterminée de l'objet (9) à traiter. - Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit écart est déterminé à l'aide de moyens de mesure (41) montés à l'extrémité libre du ou desdits bras articulés (10) et destinés à venir au contact de points (A,A') de l'objet (9), caractéristiques de la position de ce dernier. 6 - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande sont constitués par un calculateur (20) apte à piloter une pluralité d'unités de commande (21-26) , une unité de commande (21,22) étant associée à chacun des ensembles de premiers (3,4) et seconds (5,6,7,8) moyens mobiles, ainsi qu'à chacun desdits bras articulés (10). 16 2630675 1 7 - Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacune descites unités de commande (21-26) comprend des moyens (100) pour dialoguer avec ledit calculateur, reliés à des moyens de commande proprement dits (101,102) des différents moyens (13,14; 15; 103) moteurs associés auxdits premiers (3,4) et seconds (5,6; 7,8) moyens mobiles, ainsi qu'auxdits bras articulés (10). 8 - Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens mobiles sont constitués par au moins un pont roulant (3,4), et lesdits seconds moyens mobiles par au moins une nacelle (5,6; 7,8). 9 - Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque pont roulant (3,4) porte deux nacelles (5,6; 7,8) disposées respectivement de part et d'autre de l'objet (9) à traiter en position de travail, et portant chacune au moins un bras articulé (10). - Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun desdits bras articulés (10) est susceptible de se déplacer suivant lesdites première et seconde directions X,X' et Y,Y', ainsi que suivant une troisième direction Z,Z' orthogonale auxdites première et seconde directions X,X' et Y,Y'.