Brevet FR2739181A1 — publié le 19970328

La présente invention est relative à un dispositif et à un procédé de contrôle de la géométrie d'un trou. La présente invention trouve son origine dans la mise au point d'appareillages destinés au rivetage automatique de pièces, par exemple de tôles. On a décrit, voir par exemple le document EP-A-402.222, au nom de la Demanderesse, des dispositifs qui comportent un ensemble, monté sur deux bras de robot disposés de chaque côté de deux pièces à relier par rivetage, ces ensembles comportant des moyens pour maintenir les deux tôles dans une position convenable pendant qu'on fore un trou dans ces pièces, qu'on y introduit un rivet, et qu'on met en forme ce rivet pour assurer la liaison des tôles, toutes ces opérations se faisant sans intervention manuelle directe. Une grande constance est nécessaire dans les caractéristiques géométriques du trou et du rivet avant formage, pour obtenir un état de surface satisfaisant des pièces liées par rivetage. En particulier, dans le cas où on prévoit que le rivet, une fois formé, doit venir en affleurement sur la surface d'une pièce, ce qui impose un chanfreinage du trou, on conçoit que des variations relativement faibles du volume du trou puissent conduire à ce que le rivet paraisse en saillie ou en creux sur la surface de la pièce. Par ailleurs, l'amélioration des techniques exige qu'on connaisse avec précision l'énergie nécessaire pour le formage du rivet, et cette énergie est fonction des dimensions du trou. Jusqu'ici, le seul moyen d'éviter de tels inconvénients consiste à opérer régulièrement des contrôles manuels et visuels, de façon à s'assurer que l'outillage crée à chaque fois des trous qui restent dans les limites des tolérances acceptées. De tels contrôles sont, notamment en ce qui concerne le chanfreinage, exécutés manuellement par introduction de calibres dans le trou. Il s'agit d'une opération méticuleuse, dépendant de la dextérité de 1 'opérateur. La présente invention a pour but de fournir un dispositif perfectionné de contrôle de la géométrie d'un trou, permettant d'obtenir des indications précises sur la forme et le volume de ce trou. Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un dispositif qui comprend - un support extérieur, équipé de moyens pour l'amener à le maintenir dans une position fixe par rapport au trou, et à le maintenir dans cette position, - une pièce d'appui, montée sur le support extérieur et capable de se déplacer par rapport au support extérieur dans une première direction qui l'approche ou l'éloigne du trou, cette pièce d'appui étant équipée de moyens pour l'entraîner dans ledit déplacement et d'un capteur sensible à la position de la pièce d'appui par rapport au support extérieur, - un ensemble de palpage, comportant un bras palpeur ayant un axe, monté de façon à pouvoir pivoter par rapport à la pièce d'appui et portant à une extrémité une touche de contact et à une autre extrémité une source capable de projeter un faisceau lumineux, l'ensemble de palpage étant monté sur la pièce d'appui et équipé de moyens pour exercer sur le bras de mesure une force transversale tendant à écarter la direction de l'axe du bras palpeur de la première direction, et de moyens pour entraîner le bras palpeur en rotation autour d'un axe de rotation parallèle à la première direction sans le déplacer selon cette première direction par rapport à la pièce d'appui, - un capteur photo-sensible monté de façon fixe sur la pièce d'appui et comportant une surface sensible apte à recevoir l'impact du faisceau lumineux pendant la rotation du bras palpeur, - des moyens de traitement de l'information, aptes à recevoir des signaux du capteur sensible à la position de la pièce d'appui et des signaux du capteur photo-sensible, et d'en déduire des informations relatives à la forme du trou. La force transversale doit être suffisante pour assurer que la touche de contact vient toujours en appui sur la surface du trou, mais elle doit être suffisamment faible pour ne pas entraîner de déformations élastiques, et encore moins permanentes, de la surface du trou, ni de flexion du bras palpeur. On conçoit que chaque position de la touche de contact par rapport à la pièce d'appui correspond à une position du point d'impact du faisceau lumineux sur la surface sensible du capteur. Supposons que le trou soit cylindrique ou conique, de révolution, et que l'ensemble de palpage lui soit coaxial, le déplacement de la touche de contact dans le trou fera décrire un cercle au point d'impact du faisceau lumineux sur la surface sensible. Si le trou est conique, le rayon de ce cercle variera lorsque la pièce d'appui se déplacera le long de l'axe de ce trou. Des moyens de calcul simples permettront de définir avec précision les caractéristiques géométriques du trou dans son ensemble. Suivant un mode de réalisation préféré, l'ensemble de mesure comprend un corps rotatif, porté par la pièce d'appui de façon à pouvoir tourner par rapport à la pièce d'appui autour d'un axe parallèle à la première direction, et équipé de moyens pour l'entraîner en rotation, ce corps rotatif étant relié au bras de mesure par un pivot d'axe perpendiculaire au premier axe et au second axe, et portant lesdits moyens pour exercer la force transversale sur le bras de mesure. On peut noter qu il est possible de se dispenser de corps rotatif, en prévoyant que le bras de mesure est monté sur la pièce d'appui par l'intermédiaire d'une liaison à rotule, et les moyens pour exercer ladite force transversale et entraîner le bras de mesure en rotation sont portés par la pièce d'appui. Une telle réalisation est plus légère mais elle est de réalisation plus délicate, attendu qu'il faut entraîner une même pièce dans deux mouvements distincts. Divers moyens sont possibles pour créer la force transversale. On mentionnera pour mémoire la force centrifuge, s'exerçant, par exemple, sur une masselotte excentrée par rapport à l'axe du bras palpeur. Cette solution n'est généralement pas à retenir, en raison des vitesses de rotation élevées qu'elle nécessite. Avantageusement, on utilise un vérin pneumatique dont la pression peut être commandée, et qui agit en prenant appui sur le corps rotatif s'il y en a un, ou sur la pièce d'appui s'il n'y a pas de corps rotatif. Cette solution présente l'avantage de permettre d'adapter la pression aux circonstances, telles que la matière dans laquelle le trou est creusé, et d'assurer une force sensiblement constante, quel que soit le pivotement du bras palpeur par rapport à la première direction. Cela ne serait pas le cas, en particulier, si on utilisait un moyen magnétique de contrainte, ou même un ressort, dans une certaine mesure. Pour l'introduction du bras palpeur dans le trou, il est préférable que l'angle de pivotement ait été au préalable ramené à une valeur nulle, ce qui peut se faire manuellement avec l'aide d'un moyen mécanique de maintien simple et amovible. Il est préférable de prévoir un moyen élastique disposé pour agir à l'encontre du moyen de création de la force transversale. La pièce d'appui peut se déplacer suivant une trajectoire quelconque, par exemple selon un arc de cercle, en étant montée sur un pivot excentré de telle façon que cette trajectoire rapproche ou éloigne la pièce d'appui du trou. Les moyens de traitement de l'information devront alors être programmés pour tenir compte de la forme réelle de cette trajectoire. Cependant, la solution la plus simple consiste à prévoir que la pièce d'appui est capable de se déplacer suivant une trajectoire rectiligne, sensiblement parallèle à l'axe du trou à contrôler, en supposant que ce trou ait un axe. Dans ce cas, le support extérieur portera des moyens de guidage rectilignes pour la pièce d'appui, par exemple une douille à billes. Suivant une disposition avantageuse, le dispositif décrit ci-dessus est conçu pour être monté sur un effecteur sur lequel sont également montés des moyens d'accostage permettant de maintenir et serrer ensemble deux pièces à lier par rivetage, des moyens permettant de préparer un trou dans ces pièces, des moyens pour amener dans le trou un rivet à former, et des moyens pour former le rivet afin de lier les pièces, ces moyens pouvant être amenés successivement sensiblement dans l'axe du trou. Avantageusement, le support extérieur est conçu pour venir en engagement avec les moyens d'accostage, quand ceuxci maintiennent et serrent les pièces à lier par rivetage. Un procédé selon l'invention pour la mise en oeuvre du dispositif qu'on vient de décrire comprend avantageusement les étapes suivantes - disposer la pièce d'appui dans une position rétractée par rapport au support extérieur, le bras palpeur ayant son axe maintenu sensiblement parallèle à la première direction, - déplacer le support extérieur jusqu'à ce qu'il soit dans ladite position fixe par rapport au trou, l'axe du bras palpeur pénétrant dans le trou, - déplacer la pièce d'appui vers une position d'extension, de façon à faire pénétrer la touche de contact dans le trou, le support extérieur étant maintenu fixe, - faire agir la force transversale sur le bras palpeur jusqu'à ce que la touche de contact vienne en appui sur une surface intérieure du trou, - actionner successivement par alternance, ou simultanément, les moyens pour entraîner la pièce d'appui en déplacement et le bras palpeur en rotation, la source lumineuse et le capteur photosensible étant en action, - transmettre les signaux de position de point d'impact du faisceau lumineux et de position de la pièce d'appui aux moyens de traitement de l'information. L'invention va être décrite de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple pratique illustré à l'aide des dessins parmi lesquels Figure 1 est une coupe schématique axiale d'un dispositif conforme à l'invention. Figure 2 est une vue partielle analogue à la figure 1, montrant une variante. Un élément essentiel du dispositif selon l'invention est un bras palpeur 1, à une extrémité duquel est montée une touche de contact sphérique 2. Cette touche de contact est destinée à venir en contact avec la surface intérieure d'un trou à contrôler 3, foré dans une pièce 4. Le bras palpeur 1 est monté sur un pivot 5, situé dans une partie intermédiaire de sa longueur. Le bras palpeur porte, à son extrémité opposée à la touche de contact 2, une source lumineuse 6, constituée ici par une diode laser. Celle-ci émet un faisceau lumineux 7 en direction d'un capteur photosensible 8, qui comporte une surface sensible 9, dirigée vers la source 6. Le pivot 5 est d'axe perpendiculaire à l'axe du bras palpeur 1, et il est monté sur un "corps rotatif" 10, de forme générale sensiblement cylindrique. Ce corps rotatif est pourvu de roulements 11 et 24 dont le rôle sera précisé plus loin. Le corps rotatif porte un vérin pneumatique 12, qui prend appui sur le corps rotatif d'une part et sur le bras palpeur 1 d'autre part, en un point écarté du pivot 5. Un ressort de rappel 13 agit en opposition avec le vérin 12, et il est calculé pour ramener l'axe du bras palpeur 1 parallèle à l'axe du corps rotatif 10 quand le vérin 12 cesse d'être actionné. Un moteur d'entraînement 14, relié au corps rotatif par un moyen d'entraînement 15, constitué d'un dispositif à friction, mais qui pourrait également être un dispositif à pignons, sert à faire tourner le corps rotatif 10 sur son axe. Le moteur 14 est lui-même monté sur une pièce d'appui 16, qui est montée à coulissement dans un support extérieur 17, dont l'axe est parallèle à celui du corps rotatif. La pièce d'appui 16 maintient le corps rotatif 10 à l'aide des roulements 11 constitués par deux paliers à aiguilles, qui permettent la rotation du corps rotatif sans permettre un déplacement le long de l'axe commun au corps rotatif et à la pièce d'appui.La pièce d'appui 16 porte un talon d'entraînement 18, qui traverse une lumière du support extérieur 17, et est reliée à un moyen d'entraînement 19 de la pièce d'appui. On a représenté le moyen d'entraînement 19 de façon symbolique, comme un vérin. Dans la pratique, il s'agit d'une paire de vis à billes entraînées par un moteur électrique. On a symbolisé en 20, comme un ressort, des moyens intercalés entre le moyen d'entraînement 19 et la pièce d'appui 17, pour protéger le dispositif contre les chocs. On a représenté de même en 21 un moyen d'entraînement du support extérieur, destiné à l'amener en appui, par un nez de guidage, contre la pièce 4, autour du trou. Dans une réalisation pratique, le dispositif est porté par un effecteur de robot, lui-même pourvu d'un nez d'accostage, c'est ce nez d'accostage de l'effecteur qui vient en contact avec la pièce, et le support extérieur vient en appui sur le nez d'accostage. La référence 22 représente, également de façon symbolique, un capteur de position de la pièce d'appui par rapport au support extérieur. Dans la pratique, il s'agit d'un capteur LVDT de la société SENSOREX de Gaillard, France. On observera qu'il n'y a pas de capteur de la position angulaire et en rotation du bras palpeur. En effet, cette position est détectée par le capteur photosensible lui-même. On a représenté en 23 un capteur destiné à signaler la venue en contact du support extérieur 17 avec la pièce 4. Ce capteur peut être supprimé si l'effecteur, dont on a parlé plus haut, est lui-même pourvu d'un capteur signalant la mise en contact de ses moyens d'accostage avec la pièce. La référence 24 désigne une douille à billes disposée à l'intérieur du nez de guidage, entre celui-ci et le corps rotatif. Cette douille à billes assure le guidage du corps rotatif, et assure ainsi une bonne précision en ce qui concerne la position du dispositif, et en particulier du bras palpeur, par rapport au trou 3 à contrôler. La référence 25 désigne un ordinateur de contrôle. Comme indiqué par des traits interrompus, cet ordinateur est relié d'une part au détecteur photosensible 8, et aux capteurs 22 et 23, pour recevoir les signaux de sortie de ces organes, et d'autre part, au moyen de commande du vérin 12, au moteur d'entraînement 14, et au moyens d'entraînement 19 et 21 de la pièce d'appui et du support extérieur. Pour des raisons de simplicité, on n'a pas représenté les moyens d'alimentation en énergie du vérin 12 et de la source lumineuse 6. Cette alimentation en énergie peut être réalisée, pour l'air comprimé, par des joints tournants classiques, et, pour l'alimentation électrique, par des contacts tournants. On observera qu'il serait possible également d'avoir des accumulateurs de pression ou d'énergie électrique chargeable ou rechargeable. On pourrait aussi remplacer la source lumineuse 6 par un miroir solidaire du bras palpeur 1. Dans ce cas, le rayon lumineux serait simplement réfléchi par le miroir pour être envoyé vers le capteur photosensible. Dans ce cas, les angles faits par le rayon lumineux tombant sur le capteur photosensible seraient le double des angles faits par le bras palpeur 1 avec l'axe du corps tournant. L'ensemble du dispositif peut être placé sur un effecteur pourvu de moyens pour amener successivement dans l'axe du trou un dispositif de perçage, des moyens de pose d'un rivet et des moyens de formage du rivet, ainsi qu'il est décrit dans le document EP-A-0.402.222 cité plus haut, de façon à assurer de façon automatique des rivetages de haute qualité. La figure 2 montre une partie d'un tel effecteur 30, pourvu d'un nez d'accostage coulissant 31, qui vient en appui sur la pièce 4, autour du trou 3. L'extrémité du support extérieur 17 s'appuie alors sur la pièce 4 par l'intermédiaire du nez d'accostage 3. REVEND I CAT IONS 1. Dispositif de contrôle de la géométrie d'un trou (3) creusé dans une pièce (4), caractérisé en ce qu'il comprend: - un support extérieur (17), équipé de moyens pour l'amener à le maintenir dans une position fixe par rapport au trou, et à le maintenir dans cette position, - une pièce d'appui (16), montée sur le support extérieur et capable de se déplacer par rapport au support extérieur dans une première direction qui l'approche ou l'éloigne du trou, cette pièce d'appui étant équipée de moyens pour l'entraîner dans ledit déplacement et d'un capteur (22) sensible à la position de la pièce d'appui par rapport au support extérieur, - un ensemble de palpage, comportant un bras palpeur (1) ayant un axe, monté de façon à pouvoir pivoter par rapport à la pièce d'appui et portant à une extrémité une touche de contact (2) et à une autre extrémité une source (6) capable de projeter un faisceau lumineux (7), l'ensemble de palpage étant monté sur la pièce d'appui et équipé de moyens (12, 13) pour exercer sur le bras de mesure une force transversale tendant à écarter la direction de l'axe du bras palpeur de la première direction, et de moyens (14, 15) pour entraîner le bras palpeur en rotation autour d'un axe de rotation parallèle à la première direction sans le déplacer selon cette première direction par rapport à la pièce d'appui, - un capteur photo-sensible (8) monté de façon fixe sur la pièce d'appui et comportant une surface sensible (9) apte à recevoir l'impact du faisceau lumineux (7) pendant la rotation du bras palpeur, - des moyens de traitement de l'information (25), aptes à recevoir des signaux du capteur (22) sensible à la position de la pièce d'appui et des signaux du capteur photo-sensible (8), et d'en déduire des informations relatives à la forme du trou. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de mesure comprend un corps rotatif (10), porté par la pièce d'appui (16) de façon à pouvoir tourner par rapport à la pièce d'appui autour d'un axe parallèle à la première direction, et équipé de moyens (14, 15) pour l'entraîner en rotation, ce corps rotatif étant relié au bras de mesure (1) par un pivot (5) d'axe perpendiculaire au premier axe et au second axe, et portant lesdits moyens (12, 13) pour exercer la force transversale sur le bras de mesure. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bras palpeur (1) est monté sur la pièce d'appui par l'intermédiaire d'une liaison à rotule, et les moyens pour exercer ladite force transversale et entraîner le bras palpeur en rotation sont portés par la pièce d'appui. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens pour exercer la force transversale comprennent un vérin pneumatique (12) dont la pression peut être commandée, ce vérin pneumatique prenant appui sur le corps rotatif (10) s'il y en a un, et sur la pièce d'appui (16) s'il n'y a pas de corps rotatif. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support extérieur (17) porte des moyens de guidage, tels qu'une douille à billes (24), pour le corps tournant, afin de mieux stabiliser la position du pivot (5) par rapport au trou (3). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est conçu pour être monté sur un effecteur (30) sur lequel sont également montés des moyens d'accostage (31) permettant de maintenir et serrer ensemble deux pièces à lier par rivetage, des moyens permettant de préparer un trou dans ces pièces, des moyens pour amener un rivet dans le trou, et des moyens pour former le rivet afin de lier les pièces, ces moyens pouvant être amenés successivement sensiblement dans l'axe du trou. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le support extérieur (17) est conçu pour venir en engagement avec les moyens d'accostage de l'effecteur quand ceux-ci maintiennent et serrent les pièces à lier. 8. Procédé de contrôle de la géométrie d'un trou, utilisant le dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - disposer la pièce d'appui dans une position rétractée par rapport au support extérieur, le bras palpeur ayant son axe maintenu sensiblement parallèle à la première direction, - déplacer le support extérieur jusqu'à ce qu'il soit dans ladite position fixe par rapport au trou, l'axe du bras palpeur pénétrant dans le trou, - déplacer la pièce d'appui vers une position d'extension, de façon à faire pénétrer la touche de contact dans le trou, le support extérieur étant maintenu fixe, - faire agir la force transversale sur le bras palpeur jusqu'à ce que la touche de contact vienne en appui sur une surface intérieure du trou, - actionner successivement par alternance, ou simultanément, les moyens pour entraîner la pièce d'appui en déplacement et le bras palpeur en rotation, la source lumineuse et le capteur photosensible étant en action, - transmettre les signaux de position de point d'impact du faisceau lumineux et de position de la pièce d'appui aux moyens de traitement de l'information.