Brevet FR2668408A1 — publié le 19920430

La présente invention concerne un dispositif de repère pour une face plane, ainsi que les systèmes d'usinage de pièces le mettant en oeuvre Cette face plane peut être matérielle ou immatérielle L'invention permet de5 repérer tout point d'un objet lié rigidement à ladite face plane. Selon l'invention, le dispositif de repère pour une face plane est remarquable: en ce qu'il comporte trois éléments de repère, qui sont portés par ladite face plane et qui sont tels que: le premier élément de repère comporte un trièdre rectangulaire, dont deux facettes sont orthogonales à ladite face plane, tandis que la troisième facette dudit trièdre est parallèle à ladite face plane, de sorte qu'une arête dudit trièdre est perpendiculaire à ladite face plane et que les deux autres arêtes dudit trièdre sont parallèles à ladite face plane; le second élément de repère comporte un dièdre rectangulaire, dont les facettes sont respectivement orthogonale et parallèle à ladite face plane, de sorte que l'arête dudit dièdre est parallèle à ladite face plane; le troisième élément de repère comporte une facette parallèle à ladite face plane; et en ce que lesdits éléments de repère sont disposés sur ladite face plane, de façon à ne pas être alignés; à ce que les facettes desdits trois éléments de repère, qui sont parallèles à ladite face plane, sont coplanaires; et à ce que ladite arête dudit second élément de repère est colinéaire avec l'une des deux arêtes dudit premier élément de repère, qui sont parallèles à ladite face plane. Ainsi, le plan défini par les facettes des trois élé- ments de repère parallèles à ladite face plane forme un plan de référence pouvant servir à la détermination de l'orientation de cette face plane, tandis que les arêtes5 desdits premier et second éléments, parallèles à ladite face plane, déterminent un système de deux axes rectan- gulaires de référence permettant de repérer la position de tout point de ladite face plane Le premier des axes dudit système de référence est formé par les arêtes10 colinéaires desdits premier et second éléments, tandis que le second desdits axes est formé par l'autre arête dudit premier élément, qui est parallèle à ladite face plane On remarquera que si ladite face plane est liée rigidement à un objet, lesdits éléments de repère15 permettent de repérer également la position de tout point dudit objet. On voit que ledit troisième élément de repère pourrait, comme le second élément, comporter un dièdre rectangu- laire, dont les facettes seraient respectivement20 orthogonale et parallèle à ladite face plane, de sorte que l'arête dudit dièdre serait parallèle à cette dernière Dans ce cas, le second axe du système de référence pourrait être formé par l'alignement de l'arête dudit troisième élément avec celle des deux25 arêtes dudit premier élément de repère parallèle à ladite face plane, qui n'est pas alignée avec l'arête dudit second élément Cependant, il est souvent suffi- sant que ledit second axe soit défini uniquement par l'arête dudit premier élément, qui, parallèle à ladite30 face plane, n'est pas alignée avec l'arête dudit second élément Dans ce cas, ledit troisième élément ne compor- te pas d'arête, mais seulement sa facette parallèle à ladite face plane. Que ledit troisième élément de repère comporte ou non un dièdre de la façon décrite ci-dessus, il est avantageux que ledit troisième élément de repère soit disposé de façon que l'alignement qu'il forme avec ledit premier5 élément de repère soit au moins sensiblement perpendi- culaire à la direction définie par les arêtes colinéai- res desdits premier et second éléments de repère. Dans le cas o le dispositif de repère selon l'invention est destiné à une face plane allongée dans la direction10 définie par lesdites arêtes colinéaires desdits premier et second éléments de repère, il est avantageux, pour des raisons de précision de détermination dudit premier axe de référence, qu'il comprenne un quatrième élément de repère comportant un dièdre rectangulaire, dont les15 facettes sont respectivement orthogonale et parallèle à ladite face plane, de sorte que l'arête de ce dernier dièdre est parallèle à ladite face plane, que la facette dudit quatrième élément de repère, qui est parallèle à ladite face plane, soit coplanaire avec les facettes20 correspondantes desdits trois éléments de repère et que l'arête du dièdre dudit quatrième élément de repère soit colinéaire avec les arêtes colinéaires desdits premier et second éléments de repère. Il est alors avantageux que ledit quatrième élément de repère se trouve du côté opposé audit second élément de repère par rapport à l'alignement formé par le premier et le troisième éléments de repère. Lesdits éléments de repère peuvent être constitués par des plots cylindriques dont les sections d'extrémité30 forment les facettes para 111 s à ladite face plane, les deux facettes dudit premier élément de repère, qui sont orthogonales à ladite face plane, étant radiales, tandis que la facette dudit second élément de repère et celle de l'éventuel quatrième élément de repère, qui sont orthogonales à ladite face plane, sont diamétrales. On voit qu'avec le dispositif de repère conforme à la présente invention, il suffit de mesurer (par rapport à5 un point de référence ou à un plan de référence) la distance de chacune des facettes coplanaires des trois éléments de repère pour connaître l'orientation du plan desdites facettes et donc celle de ladite face plane portant lesdits éléments de repère Par ailleurs, en10 mesurant par rapport à un système d'axes fixes, les distances desdites deux facettes dudit premier élément, orthogonales à ladite face plane, et les distances de ladite facette dudit second (et éventuellement dudit quatrième) élément, également orthogonale à ladite face15 plane, on connaît la position du système d'axes de référence du dispositif et, donc, la position de ladite face plane par rapport audit système d'axes fixe. Si ladite face plane est réglable en orientation et en position, on peut donc la faire coïncider avec une20 position nominale de référence. Si ladite face plane n'est pas réglable en orientation et en position, on connaît son orientation et sa posi- tion réelles par rapport à ladite position nominale de référence et on peut en tenir compte. Ainsi, selon une application du dispositif conforme à la présente invention, un système permettant d'amener un organe en un endroit précis d'un objet lié à une face plane, ladite face plane occupant une position fixe différente, mais voisine, d'une position nominale de30 référence, est remarquable en ce que: ledit organe est porté par un support mobile pouvant se déplacer en translation selon trois axes orthogonaux et pouvant tourner autour de deux axes perpendiculaires; ledit support mobile porte un détecteur de distance; ledit système comporte trois éléments de repère, qui sont portés par ladite face plane et qui sont tels que: le premier élément de repère comporte un trièdre rectangulaire, dont deux facettes sont orthogonales à ladite face plane, tandis que la troisième facette dudit trièdre est parallèle à ladite face plane, de sorte qu'une arête dudit trièdre est perpendiculaire à ladite face plane et que les deux autres arêtes dudit trièdre sont parallèles à ladite face plane; le second élément de repère comporte un dièdre rectangulaire, dont les facettes sont respectivement orthogonale et parallèle à ladite face plane, de sorte que l'arête dudit dièdre est parallèle à ladite face plane; le troisième élément de repère comporte une facette parallèle à ladite face plane; et lesdits éléments de repère sont disposés sur ladite face plane, de façon: à ne pas être alignés; à ce que les facettes desdits trois éléments de repère, qui sont parallèles à ladite face plane, sont coplanaires; et à ce que ladite arête dudit second élément de repère est colinéaire avec l'une des deux arêtes dudit premier élément de repère, qui sont parallèles à ladite face plane. Dans une telle application, ledit objet lié à ladite face plane peut être un gabarit de perçage pourvu d'une pluralité de trous et destiné à être fixé sur une pièce à usiner, et ledit organe peut être un foret, un alésoir ou outil analogue, devant être introduit dans au moins certains des trous dudit gabarit de perçage Ledit gabarit de perçage peut être plan et présenter une face confondue avec ladite face plane Il peut également être courbe et être solidaire de ladite face plane (qui peut5 être matérielle ou immatérielle) par l'intermédiaire desdits éléments de repère Ledit gabarit de perçage est positionné par rapport à ladite pièce à usiner de façon précise, mais la pièce elle-même peut ne pas occuper une position rigoureuse par rapport à son support, de sorte10 que, par rapport à celui-ci, la position et l'orienta- tion de ladite face plane sont proches, mais diffé- rentes, de celles de ladite position nominale Le système doit donc adapter l'orientation et la position dudit organe pour qu'il puisse être introduit successi-15 vement dans lesdits trous du gabarit. De préférence, ledit système comporte un calculateur commandant le déplacement et l'orientation dudit support mobile sous la dépendance des mesures dudit détecteur de distance. Il est alors avantageux que ledit support mobile soit le poignet d'un robot. Bien entendu, dans ce cas, le robot connaît ladite position nominale, et c'est à partir de cette position nominale qu'il détermine l'orientation et la position25 réelles de ladite face plane Il est donc indispensable que, lorsque le robot amène le détecteur de distance en regard de la position nominale d'un plot, il trouve au moins une partie de ce plot En d'autres termes, le rayon desdits plots de repère doit être supérieur aux30 tolérances de positionnement, dans toutes les direc- tions, de ladite face plane par rapport à une position nominale. A des fins de simplification, ledit détecteur de dis- tance délivre un signal lorsqu'il se trouve à une distance prédéterminée d'une facette desdits éléments de repère. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments sem- blables. La figure 1 est une vue de face d'une face plane équipée d'un dispositif de repère conforme à la présente inven- tion, ladite vue correspondant à la flèche Fl de la figure 2. La figure 2 est une vue en élévation de la face plane de la figure 1. La figure 3 est une vue latérale de la face plane des figures 1 et 2, selon la flèche F 3 de la figure 2. La figure 4 illustre une application du dispositif montré par les figures 1 à 3. Sur les figures 1 à 3, on a représenté un dispositif 1, par exemple un gabarit de perçage (dont les alésages de guidage ne sont pas visibles), pourvu d'une face plane 2. Sur cette face plane, sont fixés un premier élément de repère 3, en forme de quart de cylindre, comportant deux facettes axiales 3 1 et 3 2, orthogonales entre elles, ainsi qu'à ladite face plane 2, et une facette d'extrémité 3 3 orthogonale auxdites facettes axiales 3 1 et 3 2 et parallèle à la face plane 2 Les trois facettes 3 1, 3 2 et 3 3 forment un trièdre rectangle déterminant trois arêtes, dont deux 3.4 et 3 5 sont perpendiculaires entre elles, mais parallèles à la face plane 2, tandis que la troisième 3.6 est perpendiculaire à ladite face plane 2; un second élément de repère 4, de forme hémicylindri- que, comportant une facette diamétrale 4 1 orthogonale à la face plane 2, et une facette d'extrémité 4 2 orthogonale à la facette diamétrale 4 1 et parallèle à ladite face plane 2 Les deux facettes 4 1 et 4 2 forment un dièdre rectangle dont l'arête 4 3 est parallèle à ladite face plane 2; un troisième élément de repère 5, de forme cylindri- que, comportant une facette d'extrémité 5 1 parallèle à la face plane 2; et un quatrième élément de repère 6, de forme hémicylin- drique comme le second élément de repère 4, comportant une facette diamétrale 6 1 orthogonale à la face plane 2 et une facette d'extrémité 6 2 orthogonale à la facette diamétrale 6 1 et parallèle à ladite face plane 2 Les deux facettes 6 1 et 6 2 forment un dièdre rectangle dont l'arête 6 3 est parallèle à ladite face plane 2. Les facettes d'extrémité 3 3, 4 2, 5 1 et 6 2 des éléments 3, 4, 5 et 6 sont coplanaires, de façon à déterminer un plan de référence P De plus, les arêtes 3.4 t 4 3 et 6 3 des éléments 3, 4 et 6 sont colinéaires, de façon à déterminer un axe X-X, les éléments 4 et 6 étant disposés de part et d'autre de l'élément 3. L'élément 5 est au moins approximativement disposé dans l'alignement de l'arête 3 5 de l'élément 3, cette arête 3.5 déterminant un axe Y-Y, perpendiculaire à l'axe X-X. Les éléments de repère 3 à 5 sont disposés au voisinage de la périphérie de la face plane 2. Ainsi, on voit que les éléments de repère 3 à 5 déter- minent: un plan de référence P, parallèle à ladite face plane 2, permettant de repérer l'orientation de celle-ci; et un système d'axes rectangulaires X-X, Y-Y, dont l'ori- gine est située à l'intersection des arêtes 3 4, 3 5 et 3 6 de l'élément 3 et qui permet de repérer tout point de ladite face 2. Sur la figure 4, on a représenté schématiquement une application du dispositif illustré par les figures 1 à 3. Le dispositif 1 est un gabarit de perçage, c'est-à-dire une plaque percée d'une pluralité de trous de guidage 715 pour un foret ou un alésoir 8 Le gabarit de perçage 1 est fixé sur une pièce 9, dans laquelle des trous doivent être percés en correspondance avec les trous de guidage 7 Par exemple, la pièce 9 est l'aile d'un avion au voisinage de son emplanture sur la structure de20 celui-ci, les trous à percer servant à la mise en place des moyens de fixation de ladite aile sur ladite struc- ture. L'outil 8 est monté sur le poignet 10 d'un robot, non représenté, commandé par un calculateur 11 Le poignet25 10 peut être déplacé en translation, parallèlement aux trois axes Ox, Oy et Oz d'un trièdre de référence, et peut être pivoté autour de deux axes perpendiculaires u-u et v-v. Après sa fixation sur la pièce 9, le gabarit de perçage 1 occupe une position rigoureuse par rapport à celle-ci. Toutefois, à cause des tolérances possibles du posi- tionnement de la pièce 9 par rapport à son support (non représenté), la position du gabarit 1 ne coïncide pas, dans le système d'axes Ox, Oy et Oz du robot, avec la position nominale de référence qu'elle devrait occuper. Aussi, pour corriger les erreurs de positionnement et d'orientation qui en résultent pour les trous de guidage 7 par rapport au trièdre Ox, Oy et Oz, on a prévu sur la face plane 2 dudit gabarit 1 les éléments de repère 3 à 6, décrits ci-dessus De plus, sur le poignet 10, on a monté un dispositif de mesure de distance 12, par exemple du type à laser Le dispositif de mesure de distance 12 émet un signal dès qu'il se trouve à une distance prédéterminée d'un obstacle Bien entendu, le positionnement du dispositif de distance 12, par rapport à l'axe de l'outil 8, est fixe et connu, de sorte qu'il est possible de déduire aisément la position de l'outil 8, lorsque l'on connaît celle du détecteur 12. Ainsi, le gabarit de perçage 1 étant fixé sur la pièce 9, le poignet 10 du robot est déplacé, par translation parallèlement au plan Ox,Oy, pour être amené à l'aplomb de la position que devrait occuper un des plots 3 à 6, par exemple le plot 3, si le gabarit de perçage 1 occupait une position nominale de référence, connue dudit robot Puisque les tolérances de position du gabarit de perçage 1 par rapport à cette position25 nominale de référence sont telles que la position réelle dudit plot 3 recouvre au moins en partie la position nominale de celui-ci, le détecteur 12 se trouve donc à l'aplomb dudit plot 3 Le poignet 10 du robot est alors déplacé parallèlement à l'axe Oz, pour se rapprocher30 dudit plot 3 Lorsque le détecteur 12 est à une distance prédéterminée de la face 3 3 du plot 3, il émet un signal en direction du calculateur 11 Celui-ci connaît donc alors la position exacte de ladite face 3 3 par rapport au plan Ox,Oy. il En recommençant des opérations semblables pour les autres plots 4, 5 et 6, le calculateur 11 mesure donc les distances séparant respectivement les faces 4 2, 5 1 et 6 2 dudit plan Ox,Oy Il connaît donc l'orientation5 de la face plane 2 par rapport au plan Ox,Oy et il en déduit la valeur de l'angle ou des angles dont il doit faire basculer le poignet 10 autour des axes u-u et v-v, pour que l'outil 8 soit perpendiculaire à ladite face plane 2. Ensuite, le poignet 10 est successivement déplacé parallèlement à l'axe Oy pour connaître les distances séparant lesdites faces 3 1, 4 1 et 6 1 du plan Ox,Oz. Le calculateur Il connaît alors la position de l'axe X-X dans le trièdre de référence Ox,Oy et Oz. Des opérations semblables de mesure de distance sont enfin réalisées pour déterminer la distance de la face 3.2 du plot 3 par rapport au plan Oy,Oz et donc la position de l'axe Y-Y dans le trièdre de référence Ox, Oy,Oz. Ayant repéré l'orientation de la face 2, puis le système d'axes X-X, Y-Y, par rapport au trièdre Ox,Oy et Oz, on conçoit aisément que le calculateur Il puisse introduire l'outil 8 dans tout trou 7 (défini par ses coordonnées par rapport aux axes X-X et Y-Y), de la face plane 2. Les plots 3 à 6 ont donc permis, pour chaque trou 7 du gabarit de perçage 1, un changement d'axes permettant au calculateur 11 de connaître avec précision la position dudit trou et son orientation. On remarquera que, sur les figures 1 à 4, la face plane 2 est matérielle Elle pourrait également être immaté- rielle et n'être déterminée que par des faces des plots 3, 4, 5 et 6 opposées aux faces 3 3, 4 2, 5 1 et 6 2, lesdits plots étant solidarisés d'un objet (non repré- senté) par des colonnes portant lesdits plots à leurs extrémités libres Il va de soi qu'alors le repère de5 cette face plane immatérielle 2 permettrait de repérer tout point dudit objet qui en est solidaire. REVENDICATIONS 1 Dispositif de repère pour une face plane ( 2), caractérisé: en ce qu'il comporte trois éléments de repère ( 3,4,5), qui sont portés par ladite face plane et qui sont tels que: le premier élément de repère ( 3) comporte un trièdre rectangulaire, dont deux facettes ( 3 1,3 2) sont orthogonales à ladite face plane, tandis que la troisième facette ( 3 3) dudit trièdre est parallèle à ladite face plane, de sorte qu'une arête ( 3 6) dudit trièdre est perpendiculaire à ladite face plane et que les deux autres arêtes ( 3 4,3 5) dudit trièdre sont parallèles à ladite face plane; le second élément de repère ( 4) comporte un dièdre rectangulaire, dont les facettes ( 4 1,4 2) sont respectivement orthogonale et parallèle à ladite face plane, de sorte que l'arête ( 4 3) dudit dièdre est parallèle à ladite face plane; le troisième élément de repère ( 5) comporte une facette ( 5 1) parallèle à ladite face plane; et en ce que lesdits éléments de repère ( 3,4,5) sont disposés sur ladite face plane, de façon à ne pas être alignés; à ce que les facettes ( 3 3, 4 2 et 5 1) desdits trois éléments de repère, qui sont parallèles à ladite face plane, sont coplanaires; et à ce que ladite arête ( 4 3) dudit second élément de repère ( 4) est colinéaire avec l'une ( 3 1) des deux arêtes dudit premier élément de repère ( 3), qui sont parallèles à ladite face plane. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit troisième élément de repère ( 5) est disposé de façon que l'alignement qu'il forme avec ledit premier élément de repère ( 3) soit au moins sensiblement perpendiculaire à la direction définie par les arêtes colinéaires ( 3 1,4 3) desdits premier et second éléments de repère. 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, destiné à une face plane allongée dans la direction définie par lesdites arêtes colinéaires desdits premier et second éléments de repère, caractérisé en ce qu'il comprend un quatrième élément de10 repère ( 6) comportant un dièdre rectangulaire, dont les facettes ( 6 1,6 2) sont respectivement orthogonale et parallèle à ladite face plane, de sorte que l'arête ( 6.3) de ce dernier dièdre est parallèle à ladite face plane, en ce que la facette ( 6 2) dudit quatrième élément de repère, qui est parallèle à ladite face plane, est coplanaire avec les facettes correspondantes ( 3.3,4 2,5 1) desdits trois éléments de repère et en ce que l'arête ( 6 3) du dièdre dudit quatrième élément de repère est colinéaire avec les arêtes colinéaires ( 3 4,4 3) desdits premier et second éléments de repère. 4 Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit quatrième élément de repère ( 6) se trouve du côté opposé audit second élément de repère ( 4) par rapport à 11 alignement formé par le premier ( 3) et le troisième ( 5) éléments de repère. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits éléments de repère ( 3,4,5,6) sont constitués par des plots cylindriques dont les sections d'extrémité forment les facettes parallèles à ladite face plane, les deux facettes ( 3.1,3 2) dudit premier élément de repère ( 3), qui sont orthogonales à ladite face plane, étant radiales, tandis que la facette ( 4 1) dudit second élément de repère ( 4) et celle ( 6 1) de l'éventuel quatrième élément de repère ( 6), qui sont orthogonales à ladite face plane, sont diamétrales. 6 Dispositif selon la revendication 5, destiné à permettre la détermination de l'orientation et de la position de ladite face plane par rapport à une position nominale, caractérisé en ce que le rayon desdits plots cylindri-10 ques est supérieur, dans toutes les directions, aux tolérances de positionnement de ladite face plane par rapport à ladite position nominale. 7 Système permettant d'amener un organe ( 8) en un endroit précis ( 7) d'un objet lié à une face plane ( 2), ladite face plane occupant une position fixe différente, mais voisine, d'une position nominale, caractérisé en ce que: ledit organe ( 8) est porté par un support mobile ( 10) pouvant se déplacer en translation selon trois axes orthogonaux et pouvant tourner autour de deux axes perpendiculaires; ledit support mobile ( 10) porte un détecteur de distance ( 12); ledit système comporte trois éléments de repère ( 3,4,5), qui sont portés par ladite face plane et qui sont tels que: le premier élément de repère ( 3) comporte un trièdre rectangulaire, dont deux facettes sont orthogonales à ladite face plane, tandis que la troisième facette dudit trièdre est parallèle à ladite face plane, de sorte qu'une arête dudit trièdre est perpendiculaire à ladite face plane et que les deux autres arêtes dudit trièdre sont parallèles à ladite face plane; le second élément de repère ( 4) comporte un dièdre rectangulaire, dont les facettes sont respectivement orthogonale et parallèle à ladite face plane, de sorte que l'arête dudit dièdre est parallèle à ladite face plane; le troisième élément de repère ( 5) comporte une facette parallèle à ladite face plane; et lesdits éléments de repère sont disposés sur ladite face plane, de façon: à ne pas être alignés; à ce que les facettes desdits trois éléments de repère, qui sont parallèles à ladite face plane, sont coplanaires; et à ce que ladite arête dudit second élément de repère est colinéaire avec l'une des deux arêtes dudit premier élément de repère, qui sont parallèles à ladite face plane. 8 Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit objet lié à ladite surface plane ( 2) est un gabarit de perçage pourvu d'une pluralité de trous ( 7) et destiné à être fixé sur une pièce à usiner ( 9), et en ce que ledit organe ( 8) est un outil' devant être introduit dans au moins certains des trous dudit gabarit de perçage. 9 Système selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte un calculateur ( 11) commandant le déplacement et l'orientation dudit support mobile ( 10) sous la dépendance des mesures dudit détec- teur de distance ( 12). 10 Système selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ledit détecteur de distance ( 12) délivre un signal lorsqu'il se trouve à une distance prédéterminée d'une facette desdits éléments de repère. 11 Système selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que ledit support mobile ( 10) est le poignet d'un robot.