Brevet FR2652024A1 — publié le 19910322

l L'invention s'applique aux outils ou machines devant réaliser des oprat$ons d'assemblage par soudage, emboutissage, agrafrage ou autre, ou bien de manutention, lorsque ces outils comportent deux bras ou mâchoires destinés A enserrer les pièces en appliquant un certain effort pour la réalisation de l'opération d'assemblage ou de manutention. Les outils peuvent êtremontés sur des robots ou sur tout autre système de positionnement; dans ce cas, la ou les pièces sont fixes par rapport au sol. Dans un autre cas de figure, l'outil ou la machine peuvent être fixes par rapport au sol; dans ce cas, la ou les pièces sont présentées par un robot ou un manipulateur. Dans l'un et l'autre cas, l'outil ou la machine doivent d'une part s'adapter par autocentrage & la position précise des pièces, d'autre part avoir une position définie en ouverture pour autoriser.le dégagement des pièces et éviter les obstacles 1ors du mouvement du robot ou du système de positionnement. L'invention peut en particulier s'appliquer aux pinces a souder par résistance traditionnelles dans lesquelles l'effort nécessaire pour le soudage par résistance est produit par un vérin pneumatique, hydraulique ou hydropneumatique, mais elle est surtout destinée à être utilisée dans les pinces a souder dites "t commande numérique" dans lesquelles 1'effort de soudage par résistance est engendré par un moteur électrique asservi. Cette technique a commande numérique a été en particulier décrite dans les demandes de brevet ARO suivantes: - demande de brevet français 85 12239 du 9 aott 1935 - demande de brevet européen 87400305.6 du 11 février 1987 Pour expliquer les avantages upportés par l'invention, il convient d'abord de décrire les pinces traditionnelles pneumatiques de soudage par résistance et leurs divers modes de d5talonnage. La FIGURE 1 représente une pince à souder & vérin pneumatique dite "en X" car elle comporte une articulation. La pince est constituée d'un bras porte-électrode supérieur 3, d'un bras porte-électrode inférieur 2. Ces deux bras sont articules l'un par rapport à l'autre autour d'un axe 7. Un vérin pneumatique 1 est rattaché d'une part au bras 3 par sa tige et d'autre part au bras 2 par son cylindre. L'admission d'air comprimé dans la chambre 8 permet d'exercer un effort entre les deux bras dit "effort de soudage". Cet effort va s 'appliquer sur les tales à souder 12 et 13 serrées entre les deux électrodes. L'ensemble articulé constitué par le vérin, le bras inférieur 2 et le bras supérieur 3 peut lui-même osciller autour d'un axe 9 solidaire du berceau de pince 5; le berceau de pince est fixé à l'extrémité du robot ou du bras manipulateur 6. Le bras inférieur 2 est relié au berceau 5 par le vérin de détalonnage 4 qui permet, pendant l'ouverture de la pince, de ramener le bras 2 dit "détalonnant" dans une position fixe définie par rapport au berceau 5. Lorsque l'effort de soudage est atteint, un transformateur 10 permet d'appliquer une tension entre les deux électrodes par l'intermédiaire des conducteurs l et des bras porte-électrode servant eux-mAmes de conducteurs. La FIvURE 2 représente une pince à souder à vérin pneumatique dite "en C", le mouvement relatif des bras porte-électrode s'effectuant grâce à une glissière. La pince est constituée d'un vérin de soudage 1 dont la partie avant supporte le bras "en C" 2. - La tige de vérin 11 immobilisée en rotation supporte le porte-électrode supérieur 3. le mouvement de fermeture du vérin provoqué par l'admission d'air comprimé dans la chambre 8 permet d'appliquer l'effort de soudage sur les tôles 12 et 13 serrées entre les électrodes. Le vérin, ainsi que l'ensemble de l'équipage mobile constitué par le bras 2 et le porte- électrode 3, sont mobiles en translation par rapport au berceau de pince 5, grâce aux tiges de guidage 7. Le berceau 5 est relié à l'extrémité du robot ou du bras manipulateur 6. L'ensemble mobile constitué par le vérin 1, le bras 2 et le porte-électrode 3 est maintenu en position écartée de la tôle 12 (ou détalonnée) grâce au ressort 4 qui exerce un effort permanent. Lors de la fermeture de la pince, le porteélectrode 3 arrive en contact sur la tôle 13 et par réaction rappelle le bras détalonnant 2 contre la t8le 12 en comprimant le ressort 4. Un transformateur de soudage 10 permet d'appliquer une tension aux bras porte*-lectrode par l'intermédiaire des conducteurs 11, ce qui provoque le passage I d'un courant de soudage à travers les tôles 12 et 13. La FIGURE 3 permet de préciser les notions de détalonnage et d'autocentrage sur un schéma se rapportant & une pince en X. Pour les pinces utilisées sur les robots ou les manipulateurs, la position relative des tôles & souder par rapport au robot ou manipulateur n'est pas définie avec précision. Cela est da aux larges tolérances géométriques des préassemblages mécano- soudés, & l'usure des électrodes, aux déviations des trajectoires des robots. Grace au montage flottant des bras 2 et 3 par rapport à l'articulation 7, lors de la fermeture du vérin, les bras 2 et 3 peuvent s'autopositionner par rapport aux t8les. Lorsque la pince est ouverte, le système d'autocentrage décrit ci-dessus n'est pas en mesure d'assurer que l'une des deux électrodes n'est plus en contact avec les tâles à souder pour autoriser le mouvement du robot. En particulier, le couple dû au poids d'ensemble articulé peut être tel que l'une ou l'autre des électrodes va rester en contact avec les t8les. C'est la raison pour laquelle il faut positionner de manière précise l'un des deux bras (dit "bras détalonnant") par rapport au berceau de la pince 5. Cela est obtenu gr&ce au système de détalonnage. Ce système peut être: a) Un vérin pneumatique 4 simple-effet. Dans ce cas, la pression est admise dans la chambre 20 pendant l'ouverture de la pince, ce qui écarte le bras 2 de la tôle 13 et le ramène dans une position précise par rapport au berceau 5. Pendant la fermeture de la pince, les deux chambres du vérin 4 sont mises & l'air libre, ce qui rend le système autocentrant. b) Un ressort 21 peut remplacer l'air comprimé dans la chambre et assurer un effort de détalonnage permanent. Dans ce cas, lors de la fermeture de la pince, c'est la réaction du bras supérieur 3 sur la tôle 12 qui ramènera le bras 2 en contact avec la t8le 13, comprimant ainsi le ressort 21. L'empilage des tôles aura à supporter cet effort de compression, ainsi que le poids éventuel de l'ensemble articulé. c) Le vérin 4 peut être double-effet. Dans ce cas, la chambre 22 peut être alimentée par de l'air comprimé à pression constante ou variable, pour assister le retour du bras 2 en contact avec la tôle 13 pendant la phase de fermeture. Ce système de détalonnage-équilibrage est très courant: il a l'avantage de provoquer un mouvement positif d'une course définie et avec un effort précis. De plus, dans le cas d'un vérin double-effet, l'équilibrage est bien assure. Ses inconvénients sont la difficulté de réguler le mouvement d'un si petit vérin qui peut parfois provoquer un choc à l'impact de l'électrode inférieure, l'impossibilité de réguler l'effort de détalonnage et bien entendu la nécessité d'avoir de l'air comprimé et de prévoir un système de distribution par électrovanne. D'autre part, l'évolution de la pince à souder dans l'espace est telle que l'effort nécessaire au rappel du bras détalonnant contre la tôle pendant la phase de fermeture n'est pas constant, car le poids du bras détalonnant peut soit accélérer ce mouvement, soit le freiner, soit être neutre. La FIGURE 4 représente le schéma du détalonnage d'une pince en C. Comme la pince en X, elle peut être équipée d'un vérin pneumatique de détalonnage 4 qui peut être simple-effet, double-effet, ou simplement d'un système à ressort. L'ensemble mobile constitué par le bras détalonnant 2, le porte-électrode 3 et le vérin 1, peut s'autocentrer par rapport aux tôles 12 et 13 lors de la fermeture de la pince. Lors de l'ouverture de la pince, le système de détalonnage décrit ci-dessus écarte le bras 2 de la t8le 12 et le place dans une position précise par rapport au robot 6: ce système présente les mêmes avantages et inconvénients que dans le cas de la pince en X. L'invention objet de cette demande de brevet va permettre de réaliser un système de détalonnage palliant les inconvénients des systèmes pneumatiques ou & ressorts. L'invention permettra en effet un bien meilleur contrôle du mouvement de détalonnage: son déclenchement sera précis, sa vitesse d'impact limitée et surtout l'effort exercé, soit lors du rapprochement électrode-t81e, soit lors de la séparation électrode-tôle pourra être asservi. Les FIGURES 5 à 9 décrivent la réalisation et le fonctionnement du système de détalonnage utilisant un embrayage à commande électrique permettant de générer un effort de détalonnage en se couplant avec le moteur aseervi qui gnére l1'effort de soudage. Les FIGURES 5, 6, 7, et 8 permettent de décrire plus précisément l'accouplement du système de détalonnage sur le moteur électrique assurant l'effort de soudage dans le cas d'une pince en X. Le moteur est constitué d'un rotor 31 sur lequel est fixé un écrou 32. Le rotor tourne à l'intérieur du stator 33 lui-même emprisonné dans la cage 34. La cage peut être constituée de plusieurs éléments: culasse avant, culasse arrière, cylindre, etc., formant un ensemble rigide. La cage est articulée par rapport au bras inférieur 2 grâce aux tourillons 43. Ceci assure également son immobilisation en rotation. Le rotor est supporté axialement et radialement par les roulements 35 et la butée à billes 36. Il ne peut donc se déplacer axialement par rapport & la cage 34. L'axe 11, dont l'extrémité est filetée, est vissé dans l'écrou 32. L'extrémité libre de la tige est équipée d'une chape 39 qui permet d'immobiliser la vis en rotation par rapport au bras supérieur 3 de la pince, grâce A l'axe 40. L'écrou 32 peut être couplé pneumatiquement, mécaniquement, hydrauliquement ou électriquement à l'écrou 45 grâce au coupleur 44; Cela de manière permanente ou temporaire. Le coupleur doit accepter un glissement en cas de blocage en rotation de l'écrou 45. Le couple de glissement peut Etre fixe ou réglable. L'écrou 45 est supporté axialement et radialement par rapport & la cage 34 par les roulements à billes 46. A l'intérieur de cet écrou, la vis creuse 47 est engagee. Cette vis est maintenue radialement par le coussinet extérieur 48 par rapport à la cage 34, et le coussinet intérieur 49 permettant la translation de la tige i1l. La vis 47 ne peut se mouvoir ni en translation, grâce aux tourillons 50 qui la relient à la chape 51 fixe par rapport au berceau, ni en rotation grâce aux mêmes tourillons 50 qui passent & travers la lumière 38 pratiquée dans la cage 34. Sur la FIGURE 5, le moteur est représenté en position tige 11 et vis 47 complètement rentrées, ce qui correspond & la pince ouverte et détalonnée. Lorsque le moteur tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (en regardant dans la direction Z), l'écrou 32 bloqué en translation repousse la tige 1il vers l'extérifeuL en supposant que son filetage soit & droite. Ceci provoque la fermeture de la pince. Si le coupleur 44 est embrayé, l'ecrou 32 entraîne en rotation l'écrou 45 en prise avec la vis creuse 47. L'écrou 45 ne pouvant se mouvoir en translation, il tend à provoquer le déplacement longitudinal de la vis 47 qui ne peut tourner grâce aux tourillons 50 en prise avec la cage 34. Or, la vis 47 est également immobilisée en translation car elle est solidaire du berceau de pince par les tourillons 50 et la chape 51. Par réaction, c'est l'ensemble moteur qui recule, provoquant la rotation vers l'arrière de la chape 2 autour de l'axe 7, donc la fermeture du bras détalonnant 2. Lorsque l'électrode 24 arrive en contact avec la tôle 13, il se produit un glissement au niveau du coupleur. Le couple de glissement peut être soit fixe, soit variable, suivant les applications. Le rotor 31, ainsi que l'écrou 32 continuent à tourner jusqu' à ce que l''lectrode supérieure 23 arrive & son tour en contact avec la t&le 12. A ce moment, le moteur applique un couple constant qui permet d'obtenir le serrage des téles entre les deux électrodes. Pour l'ouverture, le moteur est commandé en rotation dans le sens horaire. L'écrou 32 solidaire du rotor 31 provoque la translation de la vis 11 vers l'intérieur du moteur. Cette vis, attachée au bras mobile 3 par la chape 39 et l'axe 40, rappelle le bras supérieur 3 & l'ouverture. Dans le même temps, si le coupleur 44 est embrayé, l'écrou 45 est entraîné en rotation et tend & provoquer la translation vers l'intérieur de la vis 47. Cette vis étant liée à la chape 51 par les tourillons 50 ne peut se mouvoir. Par réaction, c'est donc le moteur qui va se déplacer vers l'avant gr&ce à la lumière 48, provoquant la rotation du bras détalonnant 2 dans le sens de l'ouverture. Lorsque le bras détalonnant arrive sur la butte 52, son mouvement est interrompu, le coupleur 44 passe en glissement, et le rotor 41 et l'écrou 42 continuent de tourner jusqu'à ce que le bras supérieur 3 arrive en butée mécanique arrière ou à une position préprogrammée si le moteur est asservi en position. La FIGURE 9 permet de décrire l'utilisation du système de détalonnage par coupleur associé à un moteur électrique précédemment décrit dans le cas d'une pince en C. iu Un capteur de position 53 peut être incorporé au moteur pour contr8ler l'ouverture de la pince. Le principe de l'invention reste valable si cet embrayage, au lieu d'être à commatade électrique est & commande pneumatique, hydraulique ou mécanique. Dans ces cas, la commande de déclenchement de l'embrayage et, éventuellement, de modulation de son couple, pourront également être pneumatiques, hydrauliques ou mécaniques. Une autre possibilité de l'invention concernant les cas o elle utilise l'énergie du moteur principal d'effort de soudage pour effectuer le détalonnage consiste à remplacer l'embrayage par un coupleur permanent. Ce coupleur pourrait être à friction mécanique, hydraulique, magnétique ou par courants de Foucault par exemple, mais tout autre système de couplage permanent peut être envisagé. Dans ce cas, le fonctionnement serait identique au fonctionnement avec un embrayage-commandé, mais ne permettrait pas le déclenchement à un endroit précis du cycle ou la modulation de l'effort, l'avantage essentiel de ce système étant son faible coût d'exécution et, dans certains cas, le freinage permanent sans dissipation d'énergie à l'arrêt. En ce qui concerne les autres systèmes de détalonnage à embrayage commandé électriquement précédemment décrits dans cette demande de brevet, il faudra selon les cas pouvoir assumer une ou les deux fonctions suivantes: - autocentrage - blocage du bras en position détalonnée L'autocentrage pourra être obtenu par la réversibilité du système vis et écrou 45/47 du système de détalonnage. Le blocage du bras détalonnant en position ouverte ne pose un problème que lorsque le moteur d'effort de soudage est arrêté, par exemple lorsque la pince est ouverte complètement. Dans ce cas, soit l'embrayage peut fournir un couple de maintien statique permanent, soit il faut compter sur l'irréversibilité du système vis-ecrou de détalonnage. De même, on peut vouloir, pour des raisons de sécurité, éviter un mouvement des bras de la pince lorsque le courant électrique ou l'énergie hydraulique ou pneumatique dans le cas d'embrayage de ce type, sont interrompus. La solution peut être recherchée a nouveau dans l'irréversibilité du système vis-écrou du système de détalonnage; ou bien si cette irréversibilité pose un problème, il faut prévoir d'associer & l'embrayage un système de freinage statique fonctionnant même en l'absence d'énergie. Tout ce qui vient d'être décrit concerne un système de détalonnage utilisant l'énergie du moteur d'effort de soudage, mais cela s'applique également à des pinces & vérin pneumatique ou à moteur électrique dans lesquelles le détalonnage se ferait selon la description de l'invention, mais * l'aide d'un moteur auxiliaire spécial de détalonnage. REVENDICATIONS: 1. Système de dêtalonnage de pince de machine à souder par résistance, ou d'outils de machine d'assem- blage par emboutissage, agrafage ou analogue, ou encore d'outils de préhension dont les efforts de travail sont fournis par un moteur électrique asservi, caractérisé en ce qu'il comprend un embrayage ou un système de friction commandant la course de détalonnage dans les deux sens en utilisant une fraction de la puissance du moteur principal qui engendre l'effort appliqué à l'outil. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les caractéristiques de l'embrayage permettent de moduler son couple et donc l'effort d'approche ou l'effort de retrait du bras détalonné en fonction de signaux électriques. 3. Système selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé par une modulation du couple d'embrayage et donc de l'effort d'approche ou de l'effort de retrait des bras détalonnés par une action motrice indépendante. 4. Système selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé par un système de friction per- manente. 5. Système selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé par un maintien de la position détalonnée sans apport d'énergie grâce à un entrainement vis et écrou de détalonnage irréversible. 6. Système selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé par un maintien de la position détalonnée sans apport d'énergie grâce à un frein statique actionné lorsque l'énergie est interrompue. 7. Système selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé par un moteur de commande du détalonnage constitué d'un moteur auxiliaire. 8. Système de détalonnage selon l'une quelconque des revendications précédentes, applicable à des outils ou machines d'assemblage, ou à des outils de préhension utilisant un moteur auxiliaire de détalonnage indépen- dant du moteur principal qui génère l'effort de travail.