Brevet FR2651711A1 — publié le 19910315

La présente invention est relative à un procédé d'assemblage de deux objets à l'aide d'un robot. L'invention a été mise au point pour résoudre le problème du montage des portières sur une carrosserie de voiture, mais il est clair qu'elle peut recevoir bien d'autres applications. Une des difficultés rencontrées dans l'assemblage d'objets fabriqués indépendamment l'un de l'autre résulte des tolérances de fabrication et des aléas de manutention. Les objets à assembler étant posés chacun sur un support, le robot saisit l'un d'eux et doit l'approcher de l'autre jusqu'à ce que des points d'assemblage portés par l'un et l'autre objet soient en coïncidence avec une précision suffisante pour permettre l'assemblage, par exemple par insertion d'une vis. On peut aussi prévoir que les deux objets sont saisis chacun par un robot, mais cela ne change pas la nature du problème. La position de chaque objet sur son support est définie avec certaines tolérances, généralement bien supérieures à celles qui sont acceptables pour l'assemblage. Si la position du robot est définie de façon exacte par rapport au support, l'emplacement de la zone de prise de l'objet par le robot sera fixé avec au moins les mêmes tolérances que la position de l'objet sur son support. On pourrait prévoir sur 1 l'objet des repères fixes, et équiper le robot de capteurs pour que la zone de prise soit dans une position définie avec plus de précision par rapport à ces repères.Cependant, une difficulté subsisterait : la zone de prise se situe normalement au voisinage du centre de gravité de l'objet, pour limiter les contraintes subies par le robot, alors que les points d'assemblage sont le plus souvent près des bords de l'objet, c'est le cas, par exemple pour les charnons d'une portière de véhicule. Les tolérances de fabrication sont telles que la position des points d'assemblage par rapport à une zone de prise écartée de ces points et définie par des repères portés par l'objet, n'est pas définie avec une précision compatible avec les besoins de l'opération d'assemblage. La présente invention a pour but de résoudre ces difficultés et de fournir un procédé d'assemblage d'objets à l'aide d'un robot qui soit efficace et indépendant des aléas de manutention et de fabrication. Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un procédé d'assemblage de deux objets à l'aide d'un robot, celui-ci prenant un premier objet sur un présentoir pour le mettre en place sur un second, placé dans un poste d'assemblage, et effectuer la fixation du premier objet sur le second par des organes de fixation portés par lesdits objets à l'aide d'outils portés par ledit robot, ce procédé comprenant les étapes suivantes a) on détermine la présence en position correcte du premier objet à l'aide de capteurs montés sur le présentoir, b) on détermine la présence en position correcte du second objet au poste d'assemblage, à l'aide de capteurs fixes, c) on détermine la position des organes de fixation portés par le premier objet par rapport au robot, d) on approche le premier objet du second, à l'aide du robot, et on détermine la position des organes de fixation portés par le second objet par rapport au robot à l'aide de capteurs portés par le robot, e) on déplace le robot pour obtenir la mise en correspondance des organes de fixation des premier et second objets, f) on exécute la fixation du premier objet sur le second à l'aide d'outils (tels qu'un appareil de vissage) portés par le robot. Comme on peut le voir, selon le procédé de l'invention, on n'a pas besoin de déterminer la position des objets par rapport, respectivement, au présentoir ou au poste d'assemblage, ni la position du robot par rapport à des repères portés par l'un ou l'autre objet et distincts des organes de fixation. De préférence, pour déterminer la position des organes de fixation du premier objet par rapport au robot, on place ledit premier objet dans un poste de mesure équipé de capteurs sensibles à la position du robot et à celle desdits organes de fixation. Cette manière d'opérer permet de réduire le nombre de capteurs portés par le robot, tout en améliorant la précision des déterminations de position. Avantageusement, on utilise une matrice de commande calculée pour établir la correspondance entre les signaux émis par un groupe de capteurs et les déplacements, en mm ou en degrés, à imposer au robot pour compenser les variations aléatoires de position des organes de fixation et on impose auxdites positions un certain nombre de variations connues à partir d'une position de référence, on enregistre les signaux émis par les capteurs, et on calcule ladite matrice de commande, celle-ci étant utilisée au moins pour l'opération d'assemblage qui suit. Dans le cas ou le premier et le second objet portent chacun plusieurs organes de fixation, de préférence on contrôle, avant l'étape d), la position relative des organe de fixation portés par un objet à l'aide d'un objet-etalon. Lorsque le premier objet est une porte de véhicule, le second objet est une caisse de véhicule et les organes de fixation sont des charnons de porte ou de caisse, la fixation comprend la pose et l'immobilisation, dans les charnons, d'axes de charnières. Dans une opération préalable, on contrôle la position correcte des charnons de porte et de caisse par rapport respectivement aux tôles extérieures de porte et de caisse dans la direction perpendiculaire auxdites tôles, par contrôle de l'affleurage desdites tôles et on détermine la position des charnons dans cette direction en déterminant celle desdites tôles extérieures. L'invention fournit en outre une installation pour la mise en oeuvre du procédé qu'on vient de décrire. Cette installation comprend - un robot pourvu de moyens de préhension et de déplacement du premier objet, d'un repère solidaire desdits moyens de préhension, de capteurs solidaires desdits moyens de préhension et aptes à déterminer la position des organes de fixation portés par le second objet, et d'outils aptes à fixer le premier objet au second, - un organe de commande, apte à commander les déplacements dudit robot, ainsi que les actions de préhension et de fixation, - un présentoir, équipé de capteurs aptes à déterminer la présence et la position d'un premier objet porté par ledit présentoir, - un poste de contrôle, fixe, équipé de capteurs aptes à déterminer la position dudit repère solidaire des moyens de préhension et des organes de fixation d'un premier objet tenu par lesdits moyens de préhension, - un poste d'assemblage, fixe, équipé de capteurs aptes à déterminer la présence et la position d'un second objet placé dans ledit poste d'assemblage, - un ordinateur central, relié audit organe de commande du robot, et auxdits capteurs, et pourvu de moyens pour transformer les indications desdits capteurs en instructions de commande, à l'aide d'une matrice de commande, et pour transmettre ces instructions à l'organe de commande du robot, ledit ordinateur étant également équipé d'une mémoire capable de recevoir ladite matrice de commande. De préférence, l'installation comprend en outre des moyens pour visualiser les déplacements du robot, des moyens pour calculer une matrice de commande par comparaison entre des déplacements du robot et des variations d'étalonnage de la position des objets et de leurs points de fixation, et des moyens pour introduire cette matrice de commande dans la mémoire à la place d'une matrice de commande préexistante. L'invention va maintenant être décrite de façon plus précise à l'aide d'un exemple pratique, relatif au montage de portières de voiture sur une caisse d'automobile, illustré avec les dessins, parmi lesquels Figure 1 est une vue schématique en plan de l'installation de montage et Figures 2 et 3 sont des schémas montrant l'implantation des capteurs de proximité destinés à déterminer de façon précise respectivement la position de la caisse d'une voiture et la position d'une portière. L'opération de montage automatique d'une portière sur une caisse comprend trois opérations distinctes A - Présentation d'une portière-étalon devant la caisse, de façon à s'assurer du positionnement correct des charnons l'un par rapport à l'autre, B - Présentation de la porte à monter devant des charnons-étalons, espacés de la même manière que sur une caisse, de façon à s'assurer de la position correcte des charnons de la porte l'un par rapport à l'autre, C - Présentation et montage effectif de la porte sur la caisse. Le site, voir figure 1, est équipé d'un robot de montage 1, pourvu d'un bras 2, capable de tourner autour d'un axe vertical d'environ 90 , et de déplacement en translation dans deux directions horizontales et la direction verticale. Le site comporte encore un présentoir 3 pour une porte 4, une platine 5 pourvue de six capteurs, et capable de déterminer avec précision la position des charnons de porte par rapport au bras 2 du robot, une platine à charnons-étalons 6, destinée à tester la conformité des charnons de la porte à monter, et un emplacement pour une caisse 7. Cet emplacement est pourvu de moyens pour maintenir une caisse dans la position désirée avec une précision suffisante pour les besoins de l'opération. Le bras 2 du robot est équipé de six capteurs électromagnétiques de proximité portant les repères 11 à 16 sur la figure 2 et qui sont destinés à déterminer la position d'un charnon supérieur de caisse 17, d'un charnon inférieur de caisse 18 et de la tôle extérieur de caisse 19. Comme le montre la figure 2, pour le charnon supérieur 17, un capteur 11 donne la position dans une direction Y horizontale parallèle au plan de la tôle, un capteur 12 donne la position de la tôle dans une direction X. A l'atelier de tôlerie, la position relative du charnon et de la tôle a été contrôlé par alignement, si bien que le capteur 12 détecte en réalité la position du charnon 17 dans la direction X. Un troisième capteur 13 détecte la position du charnon dans la position verticale Z. Trois autres capteurs disposés de la même manière détectent la position du charnon inférieur 18 dans les trois directions X, Y et Z. Les capteurs 11 à 16 servent à déterminer non seulement la position exacte du bras 2 par rapport aux charnons de caisse 17 et 18, mais également la position du même bras par rapport aux charnons-étalons de la platine 6. De même, la platine à capteurs 5 comporte également six capteurs, visibles à la figure 3, et qui détectent de la même manière la position des charnons supérieurs 27 et inférieurs 28 de la porte, ainsi que de la tôle extérieure de porte 29. En plus des capteurs, le bras de robot 2 porte, bien évidemment, les outils nécessaires pour mettre en place une tige filetée servant d'axe pour la charnière, et des outils de vissage. La séquence des opérations s'explique d'elle-même le robot se saisit d'abord d'une porte-etalon et la présente sur la caisse 7, puis la repose à l'endroit prévu, ensuite il se saisit de la porte 4, qui a été amenée sur le présentoir 3. Il la présente d'abord devant la platine aux six capteurs 5, puis devant la platine à charnon-étalon 6 et, si elle est conforme aux normes, à la caisse 7, pour procéder au montage. Un ordinateur de commande contient une matrice de commande, qui fait passer de l'ensemble des valeurs de mesures détectées par les capteurs à des valeurs de mouvements de translation et/ou de rotation de la tête de robot, pour amener les charnons de porte en correspondance avec les charnons de caisse. Une méthode d'apprentissage consiste à placer les charnons de porte devant les six capteurs de la platine 5 dans un certain nombre de positions, en pratique 130, et à déterminer les déplacements nécessaires pour passer de ces positions à la position correcte. Un processus analogue se fait pour les charnons de caisse, avec encore la comparaison de 130 positions arbitraires. Le nombre 130 est lui-même arbitraire mais il a été constaté qu'il permettait d'obtenir des résultats satisfaisants. On notera que, dans ce qui précède, on n'a pas précisé la position des capteurs prévus sur le présentoir 3 pour détecter la présence d'une porte à monter, ni des capteurs prévus au poste d'assemblage pour repérer la position correcte de la caisse 7. Leur implantation, en effet, ne présente pas de difficultés particulières pour un homme de métier. REVENDICATIONS 1. Procédé d'assemblage de deux objets à l'aide d'un robot (1), celui-ci prenant un premier objet (4) sur un présentoir pour le mettre en place sur un second (7), placé dans un poste d'assemblage, et effectuer la fixation du premier objet sur le second par des organes de fixation portés par lesdits objets à l'aide d'outils portés par ledit robot, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) on détermine la présence en position correcte du premier objet (4) à l'aide de capteurs montés sur le présentoir, b) on détermine la présence en position correcte du second objet (7) au poste d'assemblage, à l'aide de capteurs fixes, c) on détermine la position des organes de fixation (27, 28) portés par le premier objet (4) par rapport au robot, d) on approche le premier objet (4) du second (7), à l'aide du robot, et on détermine la position des organes de fixation (17, 18) portés par le second objet (7) par rapport au robot à l'aide de capteurs portés par le robot, e) on déplace le robot (1, 2) pour obtenir la mise en correspondance des organes de fixation des premier et second objets, f) on exécute la fixation du premier objet sur le second à l'aide d'outils (tels qu'un appareil de vissage) portés par le robot. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour déterminer la position des organes de fixation (27, 28) du premier objet (4) par rapport au robot, on place ledit premier objet dans un poste de mesure (5) équipé de capteurs sensibles à la position du robot et à celle desdits organes de fixation. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on utilise une matrice de commande calculée pour établir la correspondance entre les signaux émis par un groupe de capteurs et les déplacements, en mm ou en degrés, à imposer au robot pour compenser les variations aléatoires de position des organes de fixation, caractérisé en ce qu' on impose auxdites positions un certain nombre de variations connues à partir d'une position de référence, on enregistre les signaux émis par les capteurs, et on calcule ladite matrice de commande, celle-ci étant utilisée au moins pour l'opération d'assemblage qui suit. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans le cas où le premier et le second objet portent chacun plusieurs organes de fixation, on contrôle, avant l'étape d), la position relative des organes de fixation portés par un objet à l'aide d'un objet-étalon. 5. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu elle comprend - un robot (1, 2) pourvu de moyens de préhension et de déplacement du premier objet (4), d'un repère solidaire desdits moyens de préhension, de capteurs (11 à 16) solidaires desdits moyens de préhension et aptes à déterminer la position des organes de fixation (27, 28) portés par le second objet (7), et d'outils aptes à fixer le premier objet au second, - un organe de commande, apte à commander les déplacements dudit robot, ainsi que les actions de préhension et de fixation, - un présentoir (3), équipé de capteurs aptes à déterminer la présence et la position d'un premier objet (4) porté par ledit présentoir, - un poste de contrôle (5), fixe, équipé de capteurs (21 à 26) aptes à déterminer la position dudit repère solidaire des moyens de préhension et des organes de fixation (27, 28) d'un premier objet tenu par lesdits moyens de préhension, - un poste d'assemblage, fixe, équipé de capteurs aptes à déterminer la présence et la position d'un second objet (7) placé dans ledit poste d'assemblage, - un ordinateur central, relié audit organe de commande du robot, et auxdits capteurs, et pourvu de moyens pour transformer les indications desdits capteurs en instructions de commande, à l'aide d'une matrice de commande, et pour transmettre ces instructions à l'organe de commande du robot, ledit ordinateur étant également équipé d'une mémoire capable de recevoir ladite matrice de commande. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens pour visualiser les déplacements du robot, des moyens pour calculer une matrice de commande par comparaison entre des déplacements du robot et des variations d'étalonnage de la position des objets et de leurs points de fixation, et des moyens pour introduire cette matrice de commande dans la mémoire à la place d'une matrice de commande préexistante.