Brevet FR2675726A1 — publié le 19921030

L'invention concerne un dispositif de manipulation de charges suspendues. Il s'applique, notamment, à la mise en place de pièces de tôleries sur une carrosserie de véhicule automobile, lors du montage de celui-ci. Dans l'industrie automobile, l'assemblage de pièces mobiles, telles que le capot, les portes etc...sur la caisse, s'effectue alors que celle-ci avance sur la ligne de fabrication. Les pièces mobiles doivent donc être amenées au poste assigné, puis mises en position de façon précise par rapport à la caisse. Le plus souvent, les pièces sont maintenues par un gabarit lequel est approché de la caisse au moyen, par exemple, d'un convoyeur aérien, pour être saisi par l'opérateur qui réalise le montage. Pour assurer un ajustage correct, cet opérateur doit donc manipuler une charge lourde (en général plus de 100 kg) et ce, selon trois axes. Cette manipulation est donc pénible, en particulier pour les déplacements verticaux, lorsqu'il faut soulever la charge. Pour améliorer ces dispositifs, on a proposé diverses solutions permettant d'équilibrer, au moins partiellement, le poids de la charge. Les solutions mécaniques mettent en jeu, généralement, des ressorts, elles manquent de maniabilité et les déplacements restent difficiles, en outre ces dispositifs ne peuvent être réglés que pour une seule charge, ce qui interdit d'utiliser le même manipulateur pour la manutention de pièces différentes, d'où une absence de flexibilité de l'installation. Il existe également des solutions hydrauliques mais celles-ci sont lourdes et encombrantes et ne peuvent pas être installées sur toutes les lignes de fabrication. De plus, elles sont très onéreuses. L'invention se propose de remédier à ces défauts en proposant un dispositif de manipulation de charge suspendue capable de placer celle-ci en apesanteur et de l'y maintenir, quelque soit l'effort exercé sur elle, le dispositif étant, en outre mobile selon trois axes. Ce but est atteint par le fait que ladite charge est supportée par au moins un vérin pneumatique dont la pression de fluide est régulée en fonction du poids de la charge à manipuler, de façon que, à tout instant, la force exercée par le vérin sur ladite charge soit égale et de sens contraire au poids de celle-ci. Dans une forme préférée de réalisation, le vérin pneumatique est alimenté en fluide par une électrovanne apte à délivrer une pression proportionnelle à un signal électrique représentatif de la charge à équilibrer. Selon une caractéristique de l'invention, au moins un signal électrique, représentatif du poids d'au moins une charge à équilibrer, est fourni par au moins un potentiomètre commandé par au moins un commutateur. Selon une autre caractéristique, la charge est portée par l'une des extrémités d'un arbre, mobile en translation verticale, dont la seconde extrémité est solidaire, dans ce mouvement, d'une barre transversale sur laquelle sont fixées, symétriquement et parallèlement par rapport à l'arbre, deux tiges dont chacune est solidaire du piston d'un vérin pneumatique. On précisera que l'arbre est porté par au moins un palier à bille. En outre, l'arbre est mobile en rotation dans la barre et, dans une forme de réalisation, son extrémité est montée dans un orifice de la barre au moyen d'une douille à billes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en élévation arrière d'une installation de manipulation conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue de face d'un manipulateur selon l'invention, - la figure 3 est une vue selon AA de la figure 2 et, - la figure 4 est un schéma électronique de la régula tion de pression d'un vérin pneumatique. Sur la figure 1, on voit un manipulateur 1, selon l'invention, intégré à une installation de montage d'une porte 2 sur une caisse 3 de véhicule automobile qui circule sur un convoyeur rectiligne 4. Celui-ci peut être de tout modèle connu et ne sera pas décrit plus en détail, car il est sans lien direct avec l'invention. La porte 2 est fixée, de façon amovible, à un gabarit 5. On voit que pour mettre la porte en place sur la caisse, il est nécessaire de pouvoir la manipuler aussi bien latéralement que transversalement, par rapport à cette caisse et également dans le sens vertical. Ces déplacements doivent être exécutés avec précision et pour cela il est souhaitable qu'ils demandent le moins d'efforts possibles à l'opérateur chargé de cette tâche. C'est là ce que permet le manipulateur 1 auquel le gabarit 5 est suspendu, par l'intermédiaire d'un étrier 6. Le manipulateur est monté sur une potence 7 qui circule dans un rail 8 disposé perpendiculairement au sens de déplacement de la caisse. Le rail 8 est lui-même mobile parallèlement audit sens de déplacement grâce à un portique 9. Ce système de déplacement par double rail est connu en soi et permet d'amener la porte à son poste de montage. Le manipulateur 1 qui aide ensuite à la mise en place est représenté en détail sur les figures 2 et 3. L'étrier 6 qui porte le gabarit 5 est rendu solidaire d'un arbre central 12 au moyen d'une articulation 10 perpendiculaire à l'axe dudit arbre. Celui-ci est monté sur deux paliers à billes 14, fixés sur la potence 7, et il est mobile en rotation et en translation verticale dans ces paliers. La partie supérieure 16 de l'arbre 12 est engagée dans une ouverture médiane 17 d'une barre transversale 18 dans laquelle elle est retenue par un montage permettant sa rotation, composé d'une douille à billes 19 et d'un écrou 20. Symétriquement, aux deux extrémités de la barre 18, sont pratiquées des ouvertures 21 dans chacune desquelles est engagée une tige 22 liée à ladite barre par des écrous 23 et solidaire du piston d'un vérin pneumatique 24. Ces vérins sont, de préférence, à faible coefficient de frottement et sont fixés latéralement et symétriquement, par rapport à l'arbre 12, sur la potence 7 au moyen de plaques 25. Les vérins 24 sont alimentés en air sous pression à travers une électrovanne 30 (figure 4) capable de délivrer une pression proportionnelle à un signal électrique analogique et qui est, pour ce faire, associée à un circuit électronique de commande et de régulation. Ce circuit comporte un capteur de pression 31 capable de convertir la pression mesurée, en sortie de la vanne, en signal de tension et un comparateur 32 comparant à tout instant la tension fournie par le capteur 31, sur son entrée E2, à une tension de consigne prédéterminée, reçue sur son entrée E1, pour ajuster, en conséquence, la pression fournie par l'électrovanne 30 aux vérins. Ladite électrovanne et le circuit que l'on vient de décrire constituent un module 33, qui peut être, par exemple, du type "SENTRONIC" produit par la société JOUCOMATIC. Il est fixé à proximité des vérins 24, sur la potence 7. Dans l'exemple choisi, on a fait en sorte que le comparateur 32 puisse recevoir deux valeurs de consigne correspondant respectivement au poids de la charge M à manipuler lorsque le gabarit 5 est vide et lorsqu'il est chargé par une pièce 2. Dans les deux cas, la pression délivrée par l'électrovanne aux vérins est celle capable d'équilibrer exactement la charge supportée par l'arbre 12. Pour ce faire, deux potentiomètres sont branchés en parallèle sur l'entrée E1; le potentiomètre 34 délivre la tension correspondant à la pression d'équilibrage du gabarit vide et le potentiomètre 35 celle correspondant à la pression d'équilibrage du gabarit chargé. Ils sont mis en service au moyen d'un contacteur 36, respectivement 37. Ce circuit de commutation ainsi que l'alimentation électrique de l'ensemble sont montés dans un boîtier 38 également porté par la potence 7, sur laquelle se trouve ainsi rassemblé le dispositif entier de manipulation. L'ensemble fonctionne de la manière suivante : lorsque le gabarit 5, chargé de la porte 2, est amené au poste où il doit être monté sur la caisse 3, l'opérateur actionne le commutateur 37, de sorte que l'électrovanne 30 délivre à chaque vérin 24 une pression prédéterminée capable d'exercer sur le piston desdits vérins une force, transmise à la barre 18 par les tiges 22, équivalente et de sens contraire à la moitié de celle qu'exerce sur l'arbre 12 le poids du gabarit chargé de la porte. La charge se trouve ainsi, en quelque sorte, en apesanteur, et peut être manipuler aisément par l'opérateur. Les manoeuvres, selon les trois axes directionnels, sont encore facilitées par le montage, décrit plus haut, de l'arbre 12 et de l'étrier 6 supportant le gabarit 5.C'est ainsi que l'articulation de l'étrier 6 permet le mouvement pendulaire du gabarit et que l'arbre 12 peut effectuer des rotations par rapport à son axe ainsi que des translations verticales. Les variations de pression, induites dans les vérins par ces mouvements, sont décelées par le capteur 31, lequel délivre une tension correspondante sur l'entrée E2 du comparateur 32. Celui-ci commande alors l'électrovanne 30 pour ajuster, en conséquence, la pression délivrée aux vérins 24 par celle-ci. On a ainsi réalisé un manipulateur qui assure une excellente maniabilité de la charge ainsi qu'un positionnement fidèle de celle-ci. en outre il permet un réglage rapide de l'apesanteur, quelle que soit la charge à équilibrer. En effet, dans l'exemple décrit, on a choisi deux valeurs de consignes correspondant à deux charges de poids différent, mais ce nombre peut être plus élevé, ce qui permet une polyvalence de l'outil qui est ainsi adaptable, sans modification majeure, à plusieurs postes de travail. Il est également possible de rendre le réglage de pression automatique, à l'aide, par exemple, d'un capteur capable de mesurer le poids de la charge à manipuler et de délivrer, en réponse, un signal directement applicable à l'entrée du comparateur. De même, le nombre de vérins n'est pas limitatif, il est choisi en fonction du poids de la charge à manipuler et de l'encombrement défini pour l'installation. Bien entendu, l'usage de ce dispositif n'est pas limité à l'industrie automobile et son application est possible toutes les fois qu'il s'agit de manier aisément et avec précision une charge suspendue. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de manipulation de charge suspendue, caractérisé en ce que ladite charge (5,2) est supportée par au moins un vérin pneumatique (24) dont la pression de fluide est régulée en fonction du poids de la charge (5,2) à manipuler, de façon que, à tout instant, la force exercée par le vérin sur ladite charge soit égale et de sens contraire au poids de celle-ci. 2 - Dispositif de manipulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vérin pneumatique (24) est alimenté en fluide par une électrovanne (30) apte à délivrer une pression proportionnelle à un signal électrique représentatif de la charge (2,5) à équilibrer. 3 - Dispositif de manipulation selon la revendication 2, caractérisé en ce que au moins un signal électrique, représentatif du poids d'au moins une charge à équilibrer, est fourni par au moins un potentiomètre (34), (35) commandé par au moins un commutateur (36), (37). 4 - Dispositif de manipulation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge (2,5) est portée par l'une des extrémités d'un arbre (12), mobile en translation verticale, dont la seconde extrémité (16) est solidaire, dans ce mouvement, d'une barre transversale (18) sur laquelle sont fixées, symétriquement et parallèlement par rapport à l'arbre (12), deux tiges (22) dont chacune est solidaire du piston d'un vérin pneumatique (24). 5 - Dispositif de manipulation selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'arbre (12) est porté par au moins un palier à bille (14). 6 - Dispositif de manipulation selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'arbre (12) est mobile en rotation dans la barre (18). 7 - Dispositif de manipulation selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'extrémité (16) de l'arbre (12) est montée dans un orifice (17) de la barre (18) au moyen d'une douille à billes (19). 8 - Dispositif de manipulation selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la charge (2,5) est portée par un étrier (6) relié à l'arbre (12) par une articulation (10) dont l'axe est perpendiculaire à celui dudit arbre (12). 9 - Dispositif de manipulation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est porté par une potence (7) faisant partie d'une installation d'amenage à deux rails (8), (9), permettant les déplacement de ladite potence selon deux directions perpendiculaires. 10 - Dispositif de manipulation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge (2,5) est constituée par un élément mobile (2) de carrosserie automobile portée par un gabarit (5).