Brevet FR2736693A1 — publié le 19970117

PROCEDE D'ALIGNEMENT D'UN ELEMENT PAR RAPPORT A UN AUTRE ET SYSTEME DE DECHARGEMENT DE ROULEAUX UTILISANT LE PROCEDE SELON L'INVENTION L'invention concerne le positionnement et la mise en alignement de deux éléments et s'applique en particulier pour l'alignement de deux arbres montés en porte à faux en vue du transfert de rouleaux de produit en bande du premier10 arbre vers le second. Cette application n'est donnée qu'à titre indicatif et ne présente en aucun cas un caractère limitatif. Dans le domaine de l'industrie photographique notamment, la mise au format des films (35 mm, 16 mm) se fait à partir d'une nappe de grande largeur (typiquement 1,30 m) que l'on découpe dans le sens de la longueur afin de former une pluralité de bandes de largeur relativement faible. Les bandes ainsi formées sont enroulées sur des mandrins disposés sur un arbre d'enroulement motorisé monté20 en porte à faux. Lorsqu'une longueur suffisante de film a été enroulée sur les mandrins, on décharge les rouleaux de l'arbre d'enroulement, en vue d'un nouveau cycle d'enroulement. Généralement, cette opération est réalisée en temps masquée, en utilisant deux arbres d'enroulement,25 le déchargement de l'un des arbres s'effectuant pendant l'enroulement des bandes sur l'autre, limitant ainsi au maximum le temps d'arret de la machine de découpe du film. D'une manière générale, les rouleaux sont transférés de l'arbre d'enroulement vers un arbre de déchargement, depuis lequel les rouleaux sont déchargés sur des berceaux prévus à cet effet. Typiquement, le transfert d'un arbre vers l'autre est réalisé au moyen d'un dispositif de poussée qui vient entourer l'arbre d'enroulement et commandé de manière à se déplacer en translation le long de l'arbre, en entrainant les rouleaux vers l'extrémité libre de l'arbre. Un des problèmes principaux liés à cette opération de déchargement des rouleaux tient à l'alignement de l'arbre d'enroulement et de l'arbre de déchargement, condition sine qua non pour le transfert des rouleaux par poussée. En 5 effet, lorsqu'il est chargé, l'extrémité de l'arbre d'enroulement fléchit sous le poids des rouleaux, de sorte que celle ci se trouve à une hauteur sensiblement plus basse que l'extrémité libre de l'arbre de déchargement destiné à recevoir les rouleaux (typiquement, cette10 différence de hauteur peut aller jusqu'à 1 cm). Une telle différence est largement suffisante pour empêcher le déchargement par poussée des rouleaux. Traditionnellement, la mise en alignement de tels arbres était réalisée en disposant un cône formant saillie sur la section de l'extrémité libre d'un des arbres, un évidement de forme conique étant ménagé sur la section d'extrémité de l'autre arbre de manière à recevoir ledit cône. Ainsi lors du positionnement de l'arbre de déchargement par rapport à l'arbre d'enroulement, le cône20 s'engage dans l'évidement conique, rattrapant ainsi les écarts de hauteur entre les deux arbres. L'inconvénient majeur de cette approche tient au fait que lorsque l'écart d'alignement est important, la conicité nécessaire est importante ce qui entraîne des frottements importants,25 nécessitant un apport substantiel d'énergie pour amener les deux arbres en alignement. Ce niveau élevé de frottement provoque par ailleurs une usure rapide des surfaces du cône et/ou de l'évidement, ce qui conduit inévitablement à un abaissement de la précision du positionnement. De plus, le30 cône est en butée contre les parois de l'évidement conique, limitant ainsi la profondeur d'engagement entre les deux arbres. Ainsi, lors du transfert des rouleaux d'un arbre vers l'autre, le cône peut se désengager de l'évidement; l'arbre d'enroulement n'est alors plus en alignement avec35 l'arbre de déchargement, ce qui provoque une interruption du processus de déchargement. Le problème de l'alignement d'une pièce par rapport à une autre se pose aussi pour d'autres applications que celle évoquée précédemment. A titre d'exemple, on peut citer la manipulation d'objets par robots, dont une 5 difficulté tient au fait que, le robot doit prendre des pièces dont la position n'est connue qu'approximativement et qui doivent être transportées à un endroit précis. Typiquement, ce problème est résolu soit en améliorant la précision du positionnement de la pièce à saisir, soit en10 équipant le robot d'un système de vision électronique avec analyse d'image. Cette approche est coQteuse et augmente le temps de cycle du robot, en raison principalement du temps nécessaire à l'analyse d'image. Aussi est-ce un des objets de la présente invention que de fournir un procédé pour aligner une pièce par rapport à une autre, et ne présentant pas les inconvénients mentionnés en référence aux techniques discutées ci-avant. C'est un autre objet de la présente invention que de réaliser un système de déchargement de rouleaux de produit en bande, d'un arbre d'enroulement sur un arbre de déchargement, en utilisant le procédé d'alignement selon l'invention. C'est encore un autre objet de la présente invention que de fournir un dispositif permettant de saisir et déplacer une pièce en une position déterminée, le dispositif mettant en oeuvre le procédé d'alignement selon l'invention. D'autres objets apparaîtront de manière détaillée dans la description qui suit. Ces objets, ainsi que d'autres encore, sont atteints au moyen d'un procédé pour aligner et positionner une première portion d'un premier élément par rapport à une portion correspondante d'un second élément, comprenant les étapes suivantes:35 a) réaliser dans la première portion un évidement de forme polygonale régulière présentant N faces, ledit évidement polygonal étant circonscrit à un premier cercle ayant un diamètre donné; b) disposer sur la portion correspondante du second élément, N galets cylindriques libres en rotation, lesdits galets étant positionnés de manière à être inscrits dans un second cercle dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre du premier cercle; c) déplacer l'un des éléments par rapport à l'autre de manière à introduire les N galets cylindriques dans ledit évidement polygonal, chacun des galets étant sensiblement en regard d'un angle correspondant de l'évidement polygonal; et d) faire tourner l'une desdites portions par rapport à l'autre d'un angle sensiblement égal à 180/N . Avantageusement, l'évidement est de forme sensiblement triangulaire, l'angle de rotation d'une des portions par rapport à l'autre étant d'environ 60 . Selon la présente invention, on réalise également un système de déchargement de rouleaux de produit en bande enroulé sur un mandrin comprenant: un premier arbre cylindrique monté en porte à faux et sur lequel sont disposés une pluralité de rouleaux dudit produit en bande; un second arbre cylindrique monté en porte à faux et disposé de manière à recevoir les rouleaux dudit premier25 arbre; des moyens pour aligner lesdits premier et second arbres; et des moyens pour transférer lesdits rouleaux du premier arbre sur le second; ledit système étant caractérisé en ce que la section d'extrémité libre d'un desdits arbres présente un évidement de forme polygonale régulière ayant N faces, ledit évidement polygonal étant circonscrit à un premier cercle ayant un diamètre donné; et en ce qu'il comprend en plus: i) N galets cylindriques montés en rotation sur la section d'extrémité de l'autre arbre, lesdits galets étant positionnés de manière à être inscrits dans un second cercle dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre du premier cercle; ii) des moyens pour déplacer l'un des arbres par rapport à l'autre de manière à introduire les N galets cylindriques dans ledit évidement polygonal, chacun des galets étant sensiblement en regard d'un angle correspondant de l'évidement polygonal; et iii) des moyens pour faire tourner l'un desdits arbres par rapport à l'autre d'un angle sensiblement égal à 180/N . Selon un autre aspect de la présente invention, on réalise un dispositif de préhension et de déplacement d'une pièce posée sur un support comprenant: des moyens de préhension portés par un bras, pour saisir la pièce afin de15 pouvoir la soulever du support et la déplacer, lesdits moyens de préhension étant reliés au bras via un organe intermédiaire, ledit organe intermédiaire étant, lors de la saisie de la pièce, libre en translation dans le plan du support par rapport au bras; des moyens pour commander le20 déplacement du bras; et des moyens pour actionner les moyens de préhension; ledit dispositif étant caractérisé en ce que: l'organe intermédiaire présente un évidement de forme polygonale régulière ayant N faces, ledit évidement polygonal étant25 circonscrit à un premier cercle ayant un diamètre donné; et en ce qu'il comprend en plus: i) N galets cylindriques montés en rotation sur le bras, lesdits galets étant positionnés de manière à être inscrits dans un second cercle dont le diamètre est30 sensiblement égal au diamètre du premier cercle; ii) des moyens pour déplacer le bras par rapport à l'organe intermédiaire de manière à introduire les N galets cylindriques dans ledit évidement polygonal, chacun des galets étant sensiblement en regard d'un angle35 correspondant de l'évidement polygonal; et iii) des moyens pour faire tourner le bras arbres par rapport à l'organe intermédiaire d'un angle sensiblement égal à 180/N de manière à immobiliser l'organe intermédiaire par rapport au bras dans une position donnée. Dans la description qui suit, il sera fait référence au dessin dans lequel: la Figure 1 représente une partie d'un système de déchargement de rouleaux utilisant le système d'alignement selon l'invention;10 les Figures 2A-2B illustrent de façon schématique le principe de fonctionnement du système d'alignement selon l'invention; et la Figure 3 représente schématiquement un bras de robot utilisant le système de positionnement selon l'invention. La Figure 1 à laquelle il est maintenant fait référence, montre d'une part l'extrémité libre de l'arbre d'enroulement 1 sur lequel les bandes produites par le dispositif de découpe (non représenté) sont enroulées sur des mandrins, et d'autre part, l'extrémité libre d'un arbre20 de déchargement 3 destiné à recevoir les rouleaux 2 transférés depuis l'arbre 1. Les moyens permettant selon l'invention, l'alignement des deux arbres 1 et 3 comprennent principalement un évidement 4 à N côtés, de forme sensiblement polygonale régulière réalisé dans la25 section d'extrémité de l'arbre de déchargement 3. Le cercle (9, Figure 2A) inscrit dans le polygone régulier a un diamètre donné. Selon l'exemple représenté, l'évidement forme sensiblement un triangle équilatéral dont les angles sont arrondis afin de favoriser la mise en alignement des30 deux arbres. Typiquement, la profondeur de l'évidement est de l'ordre de 15 mm (en réalité cette profondeur dépend de la charge à transférer). Il est évident que d'autres formes peuvent être envisagées, telles que par exemple, une forme carrée, hexagonale ou octogonale.35 L'arbre d'enroulement 1 comporte sur sa section d'extrémité N galets 5, 6, 7 disposés de manière à être "inscrits" dans un cercle (10, Figure 2A) dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre du cercle 9 inscrit dans l'évidement 4. Pour être exact, lorsque l'on parle des galets, le terme "inscrit" se réfère au fait qu'ils sont5 situés à l'intérieur du cercle 10, et tangents audit cercle, les points de tangence étant situés aux sommets d'un polygone 15, de préférence régulier, inscrit dans le cercle 10. Selon l'exemple représenté, trois galets 5, 6, 7 sont montés sur l'extrémité de l'arbre 1. A titre d'exemple, on utilise des roulements à billes. D'autres arrangements similaires peuvent être cependant utilisés. En réalité, il est difficile d'avoir un cercle de diamètre exactement identique au diamètre du cercle inscrit dans l'évidement. Selon un mode de réalisation, le15 diamètre du cercle dans lequel s'inscrivent les galets est légèrement supérieur (de quelques gm à quelques centièmes) au diamètre du cercle inscrit dans l'évidement, afin de mettre en contrainte les deux arbres. Les Figures 2A et 2B illustrent la géométrie et le fonctionnement du système selon l'invention. Lorsque l'on souhaite transférer les rouleaux de l'arbre d'enroulement 1, vers l'arbre de déchargement, ce dernier est déplacé de sorte que les roulements 5, 6, 7 s'engagent dans l'évidement de l'arbre 1. A titre d'exemple, l'arbre de25 déchargement est monté en pivot (autour d'un axe vertical) sur une tourelle, laquelle est disposée sur un chariot motorisé afin de pouvoir se déplacer en translation. Ainsi qu'on peut le voir à la Figure 2A, chacun des galets 5, 6, 7 se trouve sensiblement en regard d'un angle 12, 13, 14 du triangle 11. L'écart d'alignement autorisé par le système est référencé par 6. Après avoir introduit les galets dans l'évidement, on tourne l'un des arbres par rapport à l'autre d'un angle environ égal à 180/N (mouvement représenté par la flèche 14) de manière à centrer35 approximativement les galets sur les faces respectives de l'évidement 11, réalisant ainsi l'alignement des deux 8 arbres. Dans l'exemple illustré, l'angle de rotation est de l'ordre de 60 . Avantageusement, et dans la mesure ou l'arbre d'enroulement est motorisé en rotation pour l'enroulement des bandes sur les mandrins, le verrouillage est réalisé par rotation de l'arbre d'enroulement au moyen par exemple d'un moteur pas à pas. Alternativement, c'est l'arbre de déchargement qui est entraîné en rotation pour réaliser l'alignement des deux arbres.10 Selon un mode de réalisation préféré, les galets ainsi que l'évidement sont disposés de sorte qu'en position verrouillée, les génératrices supérieures des broches cylindriques 1 et 3 soient alignées, favorisant ainsi le passage des rouleaux d'une broche à l'autre lorsque la15 broche de déchargement 3 est de diamètre inférieur au diamètre de la broche d'enroulement 1. Alternativement, l'évidement et les galets sont disposés de manière à ce que les axes des broches soient alignés. Selon une alternative, l'évidement est réalisé sur l'arbre d'enroulement et les galets de centrage sont disposés sur la broche de déchargement. La solution décrite précédemment est cependant préférée dans la mesure ou, l'écart d'alignement est vertical et dans la mesure ou les efforts générés pour aligner l'arbre d'enroulement25 rapport à l'arbre de déchargement vont dans le sens de la déformation, facilitant ainsi le positionnement. L'avantage de l'approche qui vient d'être décrite précédemment tient au fait que l'introduction des galets dans l'évidement ne requiert aucun effort, la mise en30 alignement/verrouillage n'impliquant qu'un mouvement de rotation contre un galet libre en rotation. La Figure 3 à laquelle il est maintenant fait référence illustre une autre application possible du système d'alignement selon l'invention. Cette dernière application35 concerne le domaine de la manipulation d'objets au moyen d'un robot, et dont la difficulté réside dans le 9 positionnement approximatif de la pièce à saisir 20. Selon la présente invention, on résout ce problème en équipant le robot d'un dispositif de positionnement du type de celui décrit pour l'alignement des broches. Ainsi que5 représenté, le robot comprend un système de pinces 21, 22 destinées à saisir la pièce 20 et commandées par exemple au moyen d'un système pneumatique 31 conummandé par un automate programmable (non représenté). Les pinces 21, 22 sont montées sur un support de pinces (organe intermédiaire 23).10 Le support 23 est monté à coulisse sur un ensemble de colonnes 24, 25, 26 disposées perpendiculairement les unes par rapport aux autres, et autorisant tout mouvement de translation dans le plan du support 30 sur lequel est positionné la pièce 20. Le bras 27 du robot porte en son15 extrémité une pluralité de galets de positionnement 28, 29 du type de ceux décrits précédemment et destinés à s'engager dans un évidement polygonal régulier 32 prévu sur une pièce solidaire du support de pinces 23, et disposé en regard de l'extrémité du bras 27, des moyens 33 (du type20 moteur pas à pas par exemple) étant prévus pour conférer au bras 27 du robot un mouvement de rotation d'un angle de /N (N étant le nombre de faces du polygone défini par l'évidement 32) permettant d'immobiliser le support de pinces 23 par rapport au bras du robot 27, et de conférer25 ainsi à la pièce une position précise, en référence par rapport au bras du robot. Le robot peut ensuite déplacer la pièce 20 en une position exacte. De la même manière que pour l'application aux broches d'enroulement/déchargement, les galets 28, 29 peuvent être disposés sur le support de30 pinces 23 au lieu d'être sur le bras du robot 27, le bras du robot portant alors l'évidement polygonal. Alternativement encore, le mouvement relatif de rotation est réalisé en faisant pivoter le support de pinces de manière appropriée.35 En fonctionnement, le bras du robot est déplacé à un endroit précis situé au dessus de la zone o est positionnée approximativement la pièce à saisir; les pinces 21, 22 saisissent la pièce 20, ce qui a pour effet de déplacer légèrement la position du support de pinces 23 par rapport au bras du robot, l'amplitude du déplacement étant5 fonction de l'imprécision du positionnement de la pièce 20 par rapport au bras 27; le bras du robot est de préférence, actionné de manière à soulever légèrement la pièce 20 du support 30; les galets 28, 29 sont alors introduits dans l'évidement; le bras 27 du robot est entraîné en rotation10 d'un angle de 180/N (N étant le nombre de faces du polygone) de manière à aligner le support de pinces 23 avec le bras du pivot et à l'immobiliser en référence par rapport au bras dans une position déterminée. Avantageusement, l'évidement (32) est de forme sensiblement15 triangulaire, l'immobilisation du bras 27 par rapport au support de pinces 23 étant obtenue par une rotation du bras 27 d'environ 60 . Le bras du robot peut être alors actionné à nouveau pour déplacer la pièce 20 et la positionner à un endroit précis.20 L'invention vient d'être décrite en référence à des modes de réalisation préférés de l'invention. Il est évident que des variantes peuvent y être apportées sans s'écarter de l'esprit de l'invention telle que revendiquée ci-après.25 ll REVENDICATIONS 1 - Procédé pour aligner et positionner une première portion d'un premier élément (3, 23) par rapport à une portion correspondante d'un second élément (1, 27) comprenant les étapes suivantes: a) réaliser dans la première portion un évidement (4, 32) de forme polygonale régulière présentant N faces, ledit évidement polygonal étant circonscrit à un premier cercle (9) ayant un diamètre donné; b) disposer sur la portion correspondante du second élément (1, 27) N galets cylindriques (5, 6, 7, 28, 29) libres en rotation, lesdits galets étant positionnés de manière à être inscrits dans un second cercle (10) dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre du premier cercle; c) déplacer l'un des éléments par rapport à l'autre de manière à introduire les N galets cylindriques (5, 6, 7, 28, 29) dans ledit évidement polygonal (4, 32), chacun des galets étant sensiblement en regard d'un angle correspondant de l'évidement polygonal; et faire tourner l'une desdites portions (1, 27) par rapport à l'autre d'un angle sensiblement égal à 180/N . 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit évidement (4, 32) est de forme sensiblement triangulaire, l'angle de rotation d'une des portions par rapport à l'autre étant d'environ 60 . 3 - Système de déchargement de rouleaux (2) de produit en bande enroulé sur un mandrin comprenant: un premier arbre cylindrique (1) monté en porte à faux et sur lequel sont disposés une pluralité de rouleaux dudit produit en bande; un second arbre cylindrique (3) monté en porte à faux et disposé de manière à recevoir les rouleaux (2) dudit premier arbre (1); des moyens (4, 5, 6, 7) pour aligner lesdits premier et second arbres (1, 3); et des moyens pour transférer lesdits rouleaux du premier arbre (1) sur le second (3); ledit système étant caractérisé en ce que: la section d'extrémité libre d'un desdits arbres (3) présente un évidement (4) de forme polygonale régulière ayant N faces, ledit évidement polygonal étant circonscrit à un premier cercle (9) ayant un diamètre donné; et en ce qu'il comprend en plus: i) N galets cylindriques (5, 6, 7) montés en rotation sur la section d'extrémité de l'autre arbre (1), lesdits galets (5, 6, 7) étant positionnés de manière à être inscrits dans un second cercle (10) dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre du premier cercle (9); ii) des moyens pour déplacer l'un des arbres par rapport à l'autre de manière à introduire les N galets cylindriques (5, 6, 7) dans ledit évidement polygonal, chacun des galets (5, 6, 7) étant sensiblement en regard d'un angle correspondant de l'évidement polygonal; et iii) des moyens pour faire tourner l'un desdits arbres par rapport à l'autre d'un angle sensiblement égal à 180/N . 4 - Système selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit évidement (4) est de forme sensiblement triangulaire, l'angle de rotation de l'un des arbres (1) par rapport à l'autre (3) étant d'environ 600. - Système selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que le diamètre du cercle (10) dans lequel sont inscrits lesdits galets (5, 6, 7) est légèrement supérieur au diamètre du cercle inscrit dans l'évidement (4) de manière à assurer une contrainte mécanique entre le premier et le second arbre. 6 - Système selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que ledit évidement polygonal (4) et lesdits galets (5, 6, 7) sont disposés de manière à ce que, lors du déchargement des rouleaux du premier arbre (1) vers le second (3), les génératrices supérieures respectives des cylindres formés par lesdits premier et second arbres soient situées sensiblement à la même hauteur. 7 - Dispositif de préhension et de déplacement d'une pièce (20) posée sur un support (30) comprenant: des moyens de préhension (21, 22) portés par un bras (27) pour saisir la pièce (20) afin de pouvoir la soulever du support et la déplacer, lesdits moyens de préhension (21, 22) étant reliés au bras (27) via un organe intermédiaire (23), ledit organe intermédiaire (23) étant, lors de la saisie de la pièce, libre en translation dans le plan du support (30) par rapport au bras (27); des moyens (31) pour commander le déplacement du bras; et des moyens (31) pour actionner les moyens de préhension; ledit dispositif étant caractérisé en ce que: l'organe intermédiaire (23) présente un évidement (32) de forme polygonale régulière ayant N faces, ledit évidement polygonal (32) étant circonscrit à un premier cercle (9) ayant un diamètre donné; et en ce qu'il comprend en plus: i) N galets cylindriques (28, 29) montés en rotation sur le bras (27), lesdits galets (28, 29) étant positionnés de manière à être inscrits dans un second cercle (10) dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre du premier cercle; ii) des moyens (31) pour déplacer le bras par rapport à l'organe intermédiaire de manière à introduire les N galets cylindriques (28, 29) dans ledit évidement polygonal (32), chacun des galets (28, 29) étant sensiblement en regard d'un angle correspondant de l'évidement polygonal; et iii) des moyens (33) pour faire tourner le bras (27) par rapport à l'organe intermédiaire (23) d'un angle sensiblement égal à 180/N de manière à immobiliser l'organe intermédiaire par rapport au bras dans une position donnée. 8 - Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que ledit évidement (32) est de forme sensiblement triangulaire, l'angle de rotation du bras (27) étant d'environ 600.