Brevet FR2722437A1 — publié le 19960119

DISPOSITIF DE RIVETAGE DE TOLES METALLIQUES, EN PARTICULIER DE TOLES DE CELLULES D'AVION L'invention concerne un dispositif de rivetage de tôles métalliques, en particulier de tôles de cellules d'avion. Le rivetage de deux tôles entre elles exige d'utiliser un objet frappant et un tas. Cette exigence n'est pas sans poser des problèmes dans le domaine de l'aéronautique, car un des outils, objet frappant ou tas, doit se trouver à l'intérieur de la cellule et le deuxième outil à l'extérieur de celle-ci, et le déplacement de ces outils doit être effectué avec un parfait synchronisme. Dans la pratique, on solutionne ce problème en utilisant deux personnes se tenant respectivement à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule, solution qui s'avère lente et d'un coût de main-d'oeuvre élevé. Une autre solution consiste à utiliser une pièce en "C" introduite longitudinalement à l'intérieur de la cellule au fur et à mesure de la progression du rivetage de façon à servir de contre-coup de rivetage. Toutefois, cette solution s'avère également onéreuse, et de plus très peu souple. La présente invention vise à pallier ces inconvénients et a pour objectif de fournir un dispositif de rivetage permettant de riveter deux tôles de façon automatique sans intervention humaine. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif pouvant se déplacer de façon automatique, en vue de leur rivetage, le long de deux tôles comportant des éléments en saillie, tels que notamment les renforts annulaires internes d'une cellule d'avion. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif de rivetage adapté pour permettre le rivetage, sans aucune intervention humaine, de l'ensemble de la surface d'une cellule d'avion. A cet effet, l'invention vise un dispositif de rivetage de tôles métalliques, en particulier de tôles de cellules d'avion, caractérisé en ce qu'il comprend - un premier ensemble destiné à être disposé en regard d une des tôles à riveter, et comportant un robot doté d'une tourelle porteoutils et associé à des moyens de déplacement longitudinal, au moins deux électro-aimants uniformément répartis autour du robot et reliés à ce dernier, chacun par un bras réalisé en un matériau non magnétique, des moyens d'arrivée d'air associés à chacun des électro-aimants et agencés pour créer un coussin d'air entre lesdits électro-aimants et la tôle en vis-àvis, - des moyens de guidage du robot pour le déplacement de ce dernier le long des tôles, - un deuxième ensemble destiné à être disposé en regard de l'autre tôle à riveter, et comportant un outillage conçu pour coopérer avec les outils de la tourelle du robot, en vue de permettre le rivetage des tôles, pour chaque électro-aimant du premier ensemble, une masse magnétique reliée à l'outillage par un bras réalisé en un matériau non magnétique, lesdits bras étant adaptés pour que l'outillage soit disposé en regard du robot lorsque les masses magnétiques sont disposées en regard des électro-aimants, des moyens d'arrivée d'air associés à chacune des masses magnétiques et agencés pour créer un coussin d'air entre lesdites masses magnétiques et la tôle en vis-à-vis. Un tel dispositif dont tous les déplacements et toutes les actions sont gérés par le robot est conçu pour assurer son propre maintien dans l'espace grâce à la coopération des électro-aimants et des masses magnétiques, les déplacements sans détérioration de l'état de surface des tôles étant en outre autorisés grâce à la présence des coussins d'air. La conception de ce dispositif, d'une part, permet d'assurer le rivetage sans nécessiter d'intervention humaine et, d'autre part, autorise des cadences très élevées sans aucune mesure avec celles obtenues avec les techniques actuelles. Selon une autre caractéristique de l'invention - la tourelle du robot est équipée d'outils aptes à permettre successivement le perçage, le fraisurage et l'ébavurage d'un trou, d'une arrivée pneumatique de colle anti-corrosion, d'un tube d'amenée pneumatique de rivets, et d'un tas, - l'outillage du deuxième ensemble comporte un vérin pneumatique apte à assurer le rivetage. De plus, les électro-aimants et les masses magnétiques comportent préférentiellement une lèvre périphérique agencée pour venir au contact des tôles de façon à limiter les fuites d'air. Les électro-aimants et les masses magnétiques sont, en outre, avantageusement recouverts d'une couche de matière plastique telle que notamment du "Téflon" en vue de ne pas rayer les tôles lorsque les coussins d'air sont supprimés en vue de réaliser les différentes opérations d'usinage et de rivetage. Selon une autre caractéristique de l'invention visant un dispositif permettant de riveter des tôles dont l'une comporte des éléments en saillie, tels que notamment les renforts annulaires internes d'une cellule d'avion - le premier et le deuxième ensembles comprennent au moins trois électro-aimants et trois masses magnétiques uniformément répartis respectivement autour du robot et de l'outillage, - chaque masse magnétique est portée par un piston apte à la déplacer entre une position de retrait par rapport à la tôle, permettant le passage d'obstacles lors du déplacement du robot, et une position de juxtaposition à ladite telle, - des moyens de détection associés à chaque masse magnétique sont adaptés pour détecter les obstacles et commander un déplacement momentané de la masse magnétique associée apte à permettre le passage desdits obstacles. Le dispositif est donc conçu pour détecter les obstacles et pour commander un retrait de la masse magnétique se trouvant en butée contre ledit obstacle, le maintien du dispositif étant assuré, après ce retrait, par les deux électro-aimants restants. Selon un mode de réalisation préférentiel les moyens de détection comprennent - une jupe montée autour de chacune des masses magnétiques avec une possibilité de débattement radial par rapport à ladite masse, - un circuit de commande pneumatique de chacun des pistons comportant un clapet agencé pour être actionné par la jupe d'une masse magnétique lorsque celleci est déplacée radialement par un obstacle, et pour entraîneur une commande de retrait dudit piston, - un organe de détection de fin d'obstacle apte à commander le redéploiement du piston. De plus, selon une autre caractéristique de l'invention - le circuit de commande pneumatique associé à chaque piston consiste en un circuit basse pression comportant, d'une part, une canalisation ménagée dans la masse magnétique correspondante, et débouchant au niveau de la face de ladite masse magnétique opposée à la tôle par une ouverture destinée à faire office de clapet et, d'autre part, un capteur de fuite adapté pour détecter l'état, ouvert ou fermé, du clapet, et un tiroir de distribution apte à changer d'état en fonction de la position ouverte ou fermée du clapet, - la jupe de détection de chaque masse magnétique est dotée de pattes radiales disposées dans le plan d'une des faces frontales de ladite jupe, lesdites pattes radiales étant agencées de façon à former, au niveau de leur intersection, un obturateur de forme adaptée pour obturer le clapet lorsque la jupe n'est pas sollicitée radialement. Les moyens de guidage du robot sont, quant à eux, avantageusement constitués d'un rail fixé horizontalement à l'intérieur d'une enceinte tubulaire de section conjuguée de celle de la cellule d'avion à riveter et de dimensions supérieures à celle-ci, ladite enceinte présentant des organes support pour ladite cellule, et le rail étant disposé de façon que les rivets soient présentés orthogonalement par rapport aux tôles. Cette disposition permet d'obtenir un parfait positionnement de la cellule vis-à-vis du dispositif de rivetage qui permet, grâce à un déplacement longitudinal de ce dernier, de procéder au rivetage de cette cellule sur l'ensemble de sa longueur. De plus, et de façon avantageuse, les organes support de la cellule d'avion comportent des surfaces support anti-friction, tels que des roulements à billes, et des moyens d'entraînement en rotation par friction de ladite cellule. Une telle mise en rotation de la cellule associée au déplacement longitudinal du robot permet de réaliser le rivetage de l'ensemble de la surface de cette cellule. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en présentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description - la figure 1 est un schéma général représentant en coupe, par un plan transversal, un dispositif conforme à l'invention et une cellule d'avion disposée de façon à être rivetée par le dispositif, - la figure 2 est une vue en plan des premier et deuxième ensembles du dispositif conforme à l'invention, montés de part et d'autre de deux tôles à riveter, - la figure 3 est une vue de face schématique du premier ensemble de ce dispositif, - la figure 4 est une vue en perspective partielle d'une des masses magnétiques du deuxième ensemble de ce dispositif, - et la figure 5 est une vue longitudinale partiellement en coupe par un plan A de cette masse magnétique. Le dispositif de rivetage conforme à l'invention comporte, en premier lieu, une enceinte tubulaire 1 de section conjuguée de celle d'une cellule d'avion à riveter, et de dimensions supérieures à celles de cette cellule. A l'intérieur de l'enceinte 1 sont disposés, en premier lieu, des organes support de la cellule 2, consistant en des ensembles de roulement à billes tels que 3, 4 répartis symétriquement de part et d'autre du plan de symétrie vertical de ladite enceinte. De plus, des moyens d'entraînement en rotation de la cellule 2, tels que par exemple des roues motrices 5, sont disposés en partie basse de l'enceinte 1 dans l'axe de cette dernière. Cette enceinte comporte, en outre, deux rails de guidage internes longitudinaux 7, 8, fixés chacun horizontalement contre la paroi interne de ladite enceinte dans le plan de symétrie horizontal de cette dernière. Par ailleurs, une plateforme horizontale 6 est disposée à l'intérieur de la cellule d'avion 2 de façon à permettre de circuler à l'intérieur de cette dernière. Le dispositif de rivetage selon l'invention comporte, en second lieu, deux modules de rivetage 9, 10 agencés pour se déplacer longitudinalement à l'intérieur de l'enceinte, chacun en correspondance avec un rail de guidage 7, 8. Chacun de ces modules de rivetage se compose de deux ensembles 11, 12 destinés à être disposés, pour le premier ensemble 11, dans l'espace annulaire situé entre la cellule d'avion 2 et la paroi de l'enceinte 1, et pour le second ensemble 12, à l'intérieur de la cellule 2 en regard du premier ensemble 11. Ces deux ensembles 11, 12 sont représentés à la figure 2 disposés de part et d'autre d'une cellule d'avion 2 comportant classiquement deux tôles 13, 14 juxtaposées à riveter, ainsi que des renforts annulaires internes 15. Le premier ensemble 11 comporte un robot représenté de façon schématique en 16, adapté pour coulisser le long d'un des rails 7, 8. Ce robot, de conception classique en soi, est programmé pour gérer l'ensemble des séquences de déplacement des deux ensembles 11, 12 et les différentes opérations d'usinage et de rivetage. Ce robot 16 comporte une tourelle équipée d'outils aptes à permettre successivement le perçage, le fraisurage et l'ébavurage d'un trou, d'une arrivée pneumatique de colle anti-corrosion, d'un tube d'amenée pneumatique de rivets, et d'un tas. Ce premier ensemble il comporte également trois électro-aimants cylindriques 17-19 uniformément répartis autour du robot 16 et reliés à ce dernier chacun par un bras tel que 20 réalisé en un matériau non magnétique. Chacun de ces électro-aimants 17-19 est alimenté par l'intermédiaire d'un circuit de commande électronique comportant un élément de modulation de puissance tel qu'un triac. Chaque électro-aimant 17-19 présente, en outre, une face frontale revêtue d'une couche de "Téflon" inférieure à 2/10e de millimètres, et dotée d'une lèvre périphérique telle que 21, agencée pour venir au contact de la tôle 13 en vis-à-vis. Le premier ensemble 11 comporte, enfin, des conduits d'amenée d'air haute pression, tels que 22, agencés pour déboucher au droit de la face frontale des électro-aimants 17-19, de façon à créer un coussin d'air entre ladite face frontale et la tôle 13 en vis-à-vis. Un régulateur d'air (non représenté) piloté par le robot 16 permet, en outre, de moduler la pression d'air délivré entre une valeur maximale permettant de maintenir un espace entre la tôle 13 et les électro-aimants 17-19, lors des déplacements des modules 9, 10, et une valeur nulle permettant de plaquer les électro-aimants 1719 contre la tôle 13 en vue des diverses opérations d'usinage et de rivetage. Le deuxième ensemble 12 comporte quant à lui, en premier lieu, un outillage 23 comportant un vérin pneumatique 24 à fréquence élevée et alternée, adapté pour assurer l'écrasement des rivets. Ce deuxième ensemble 12 comporte, en outre, trois vérins pneumatiques tels que 25, 26 uniformément répartis autour de l'outillage 23, et reliés à ce dernier chacun par un bras tel que 27 réalisé en un matériau non magnétique, lesdits bras étant adaptés pour que l'axe des vérins 25, 26 soit coaxial avec l'axe de symétrie des électro-aimants 17-19, lorsque l'outillage 23 est centré par rapport au robot 16. Le deuxième ensemble 12 comporte également des masses magnétiques telles que 28, 29 montées chacune sur l'extrémité de la tige 25a, 26a d'un des vérins 25, 26, par l'intermédiaire d'une fourche telle que 30. Tel que représenté aux figures 4 et 5, chacune des masses magnétiques 28, 29 présente une forme cylindrique de section conjuguée de celle des électroaimants 17-19. Ces masses magnétiques 28, 29 présentent, en outre, une face frontale revêtue d'une couche de "Téflon" inférieure à 2/10e de millimètres, dotée d'une lèvre périphérique, telle que 31, agencée pour venir au contact de la tôle 14 en vis-à-vis. De façon identique au premier ensemble 11, des conduits d'amenée d'air haute pression, tels que 32, sont agencés de façon à déboucher au droit de la face frontale des masses magnétiques 28, 29, en vue de la création d'un coussin d'air entre lesdites faces frontales et la tôle 14 en vis-à-vis. Chaque masse magnétique 28, 29 est, en outre, équipée de moyens de détection de la présence d'un renfort annulaire 15. Ces moyens de détection comprennent, en premier lieu, une jupe de détection telle que 33 montée autour de chaque masse magnétique 28, 29 avec une possibilité de débattement radial par rapport à ladite masse. A cet effet, ces jupes 33 sont maintenues au moyen de ressorts tels que 34 disposés radialement entre les masses magnétiques 28, 29 et lesdites jupes. En l'exemple, les ressorts 34 sont au nombre de trois par jupe 33, uniformément répartis autour de l'axe des masses magnétiques 28, 29, et indexés dans des trous borgnes ménagés dans la paroi périphérique desdites masses magnétiques. Chacune des jupes de détection 33 est, en outre, dotée de trois pattes radiales telles que 35 s'étendant dans le plan de la face frontale desdites jupes opposée à la tôle 14, lesdites pattes étant agencées de façon à former au niveau de leur intersection, un organe 36 de forme circulaire destiné à faire office d'obturateur tel que décrit ci-après. Les moyens de détection comprennent, par ailleurs, un circuit de commande pneumatique basse pression associé à chaque vérin 25, 26, et comportant, en premier lieu, une canalisation telle que 37 débouchant, au niveau de la face frontale des masses magnétiques 28, 29 opposée à la tôle 14, par une ouverture destinée à faire office de clapet en coopération avec l'obturateur 36 précité. Ce circuit de commande comporte, en outre, un capteur de fuite (non représenté) adapté pour détecter l'état, ouvert ou fermé, du clapet, et un tiroir de distribution (non représenté) apte à changer d'état en fonction de la position ouverte ou fermée dudit clapet et à entraîner la rétraction du vérin 25, 26 associé. Les moyens de détection comprennent, enfin, des organes de détection de fin d'obstacle constitués de cellules magnétiques (non représentées). Ces moyens de détection fonctionnent de la manière suivante : lorsqu'une jupe 33 vient buter contre un renfort 15, elle subit un déplacement radial relativement à la masse magnétique 28, 29 associée. Ce déplacement relatif provoque une ouverture du clapet qui, par le biais du circuit de commande pneumatique, conduit à la commande de rétraction du vérin 25, 26 associé. Il est à noter, en outre, que l'outillage 23 et son vérin associé 24, les trois vérins 25, 26, et les bras 27, sont agencés pour que ledit outillage soit disposé de façon à passer devant les renforts 15 sans nécessiter de déplacement relativement à la tôle 14. REVENDICATIONS 1/ - Dispositif de rivetage de tôles métalliques (13, 14), en particulier de tôles de cellules d'avion (2), caractérisé en ce qu'il comprend - un premier ensemble (11) destiné à être disposé en regard d'une des tôles (13) à riveter, et comportant un robot (16) doté d'une tourelle porte-outils et associé à des moyens de déplacement longitudinal, au moins deux électro-aimants (17-19) uniformément répartis autour du robot (16) et reliés à ce dernier, chacun par un bras (20) réalisé en un matériau non magnétique, des moyens d'arrivée d'air (22) associés à chacun des électro-aimants (17-19) et agencés pour créer un coussin d'air entre lesdits électro-aimants et la tôle (13) en vis-à-vis, - des moyens de guidage (7, 8) du robot (16) pour le déplacement de ce dernier le long des tôles (13, 14), - un deuxième ensemble (12) destiné à être disposé en regard de l'autre tôle (14) à riveter, et comportant un outillage (23) conçu pour coopérer avec les outils de la tourelle du robot (16), en vue de permettre le rivetage des tôles (13, 14), pour chaque électro-aimant (17-19) du premier ensemble (10), une masse magnétique (28, 29) reliée à l'outillage (23) par un bras (27) réalisé en un matériau non magnétique, lesdits bras étant adaptés pour que l'outillage (23) soit disposé en regard du robot (16) lorsque les masses magnétiques (28, 29) sont disposées en regard des électro-aimants (17-19), des moyens d'arrivée d'air (32) associés à chacune des masses magnétiques (28, 29) et agencés pour créer un coussin d'air entre lesdites masses magnétiques et la tôle (14) en vis-à-vis. 2/ - Dispositif de rivetage selon la revendication 1, caractérisé en ce que - la tourelle du robot (16) est équipée d'outils aptes à permettre successivement le perçage, le fraisurage et l'ébavurage d'un trou, d'une arrivée pneumatique de colle anti-corrosion, d'un tube d'amenée pneumatique de rivets, et d'un tas, - l'outillage (23) du deuxième ensemble (12) comporte un vérin pneumatique (24) apte à assurer le rivetage. 3/ - Dispositif de rivetage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les électroaimants (17-19) et les masses magnétiques (28, 29) comportent une lèvre périphérique (21, 31) agencée pour venir au contact des tôles (13, 14) de façon à limiter les fuites d'air. 4/ - Dispositif de rivetage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les électroaimants (17-19) et les masses magnétiques (28, 29) sont recouverts d'une couche d'une matière plastique telle que notamment du "Téflon". 5/ - Dispositif de rivetage de tôles dont l'une comporte des éléments (15) en saillie, tels que notamment les renforts annulaires internes dune cellule d'avion (2), caractérisé en ce que - le premier (11) et le deuxième (12) ensembles comprennent au moins trois électro-aimants (1719) et trois masses magnétiques (28, 29) uniformément répartis respectivement autour du robot (16) et de l'outillage (23), - chaque masse magnétique (28, 29) est portée par un piston (25a, 26a) apte à la déplacer entre une position de retrait par rapport à la tôle (14), permettant le passage d'obstacles lors du déplacement du robot (16), et une position de juxtaposition à ladite tôle, - des moyens de détection (33, 37) associés à chaque masse magnétique (28, 29) sont adaptés pour détecter les obstacles (15) et commander un déplacement momentané de la masse magnétique associée apte à permettre le passage desdits obstacles. 6/ - Dispositif de rivetage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent - une jupe (33) montée autour de chacune des masses magnétiques (28, 29) avec une possibilité de débattement radial par rapport à ladite masse, - un circuit de commande pneumatique (36, 37) de chacun des pistons (25a, 26a) comportant un clapet agencé pour être actionné par la jupe (33) d'une masse magnétique (28, 29) lorsque celle-ci est déplacée radialement par un obstacle, et pour entraîner une commande de retrait dudit piston, - un organe de détection de fin d'obstacle apte à commander le redéploiement du piston (25a, 26a). 7/ - Dispositif de rivetage selon la revendication 6, caractérisé en ce que les jupes de détection (33) sont maintenues autour des masses magnétiques (28, 29) au moyen de ressorts (34) disposés radialement entre lesdites jupes et masses magnétiques. 8/ - Dispositif de rivetage selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que - le circuit de commande pneumatique associé à chaque piston (25a, 26a) consiste en un circuit basse pression comportant, d'une part, une canalisation (37) ménagée dans la masse magnétique (28, 29) correspondante, et débouchant au niveau de la face de ladite masse magnétique opposée à la tôle (14), par une ouverture destinée à faire office de clapet et, d'autre part, un capteur de fuite adapté pour détecter l'état, ouvert ou fermé, du clapet, et un tiroir de distribution apte à changer d'état en fonction de la position ouverte ou fermée du clapet, - la jupe de détection (33) de chaque masse magnétique (28, 29) est dotée de pattes radiales (35) disposées dans le plan d'une des faces frontales de ladite jupe, lesdites pattes radiales étant agencées de façon à former, au niveau de leur intersection, un obturateur (36) de forme adaptée pour obturer le clapet lorsque la jupe (33) n'est pas sollicitée radialement. 9/ - Dispositif de rivetage selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les organes de détection de fin d'obstacle sont constitués de cellules magnétiques. 10/ - Dispositif de rivetage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de guidage du robot (16) sont constitués d'un rail (7, 8) fixé horizontalement à l'intérieur d'une enceinte tubulaire (1) de section conjuguée de celle de la cellule d'avion (2) à riveter et de dimensions supérieures à celleci, ladite enceinte présentant des organes support (3-5) pour ladite cellule, et le rail (7, 8) étant disposé de façon que les rivets soient présentés orthogonalement par rapport aux tôles. 11/ - Dispositif de rivetage selon la revendication 10, caractérisé en ce que les organes support de la cellule d'avion (2) comportent des surfaces support (3, 4) anti-friction, tels que des roulements à bille, et des moyens (5) d'entraînement en rotation par friction de ladite cellule.