Brevet FR2760392A1 — publié le 19980911

La présente invention concerne les dispositifs pour l'entretien d'automates programmables, par exemple du type de ceux qui sont utilisés dans l'industrie automobile. Chez la plupart des constructeurs automobiles, les carrosseries ou les caisses de véhicules automobiles sont le plus souvent constituées de tôles d'acier ou d'aluminium embouties, qui sont généralement assemblées par soudure. On a par ailleurs développé des automates programmables encore appelés robots, pour réduire ou éliminer les tâches pénibles ou répétitives sur les chaînes d'assemblage, telle que la soudure des tôles acier ou aluminium composant la carrosserie d'un véhicule automobile. De tels robots de soudage, tel que celui qui est représenté schématiquement sur la figure 1, comporte, par exemple, une structure articulée (10), portant à son extrémité une pince de soudage (il). Cette pince comportant deux bras (12) et (14) à l'extrémité desquels des électrodes (16) et (18) sont disposées. Les bras de la pince sont mis en mouvement dans l'espace par des moteurs ou des vérins pneumatiques ou hydrauliques programmés de façon à ce que les électrodes viennent s'appliquer en des endroits précis des tôles à souder, et, de part et d'autre de ces tôles,une impulsion électrique de tension et d'intensité également programmable est alors appliquée aux bornes des électrodes pour effectuer la soudure par résistance et par points des tôles d'acier ou d'aluminium entre les deux électrodes. De manière générale, les électrodes utilisées sont du type de celle représentée sur la figure 2, à tétons centrés, excentrés ou déportés. Ces électrodes comportent un fût cylindrique (20), dont l'une des faces planes porte le téton de soudure (22), et dans lequel un évidement axial central tronconique (24) est pratiqué de telle sorte que la grande base de cet évidement soit située dans le plan de l'autre surface plane du fût cylindrique. Chaque bras (12) et (14) de la pince de soudage, est muni à son extrémité d'un tube allonge (13) ou (15) respectivement, faisant fonction de porte électrodes et dont l'extrémité est elle-même de forme tronconique (23) ou (25) complémentaire de celle de l'évidement axial de l'électrode (16) ou (18) est obtenu par l'introduction axiale du tube allonge (13) ou (15) dans l'évidement axial central (24) du fût cylindrique (20) de l'électrode à téton. L'emploi généralisé des tôles traitées ou revêtues dans la réalisation de carrosserie d'automobile, résulte dans le fait que, après une durée d'utilisation ou encore un certain nombre de soudure par points effectué à l'aide d'un robot de soudage, les électrodes sont polluées ou contaminées par les produits ajoutés à l'alliage constituant la tôle ou le revêtement et doivent être rénovées ou changées. On connaît du document FR A-2-651457 un procédé d'entretien et de changement d'électrodes pour pince de soudage par robot qui consiste à réactiver les faces actives de soudage des électrodes à l'aide d'une fraise de remise en état chaque fois qu'il est nécessaire. Cependant après un certain nombre de réactivation, il s'avère néanmoins nécessaire de remplacer les électrodes usagées par des électrodes neuves. On connaît aussi du document EP.A.0.667 206 un dispositif pour le remplacement en automatique des électrodes de soudure. Ce dispositif comportant un poste d'extraction, constitué en deux parties : une partie pour l'extraction de l'électrode dite supérieure, une partie pour l'extraction de l'électrode dite inférieure, et un poste d'installation d'électrodes neuves. Ce dernier poste comporte un premier magasin d'électrodes neuves pour le premier tube allonge, dit allonge supérieure et, un second magasin d'électrodes neuves pour le second tube allonge, dit allonge inférieure. Le premier magasin est disposé de telle sorte que les électrodes en soient retirées dans un sens, et le second magasin est disposé de telle sorte que les électrodes soient retirées dans le sens opposé. Des moyens d'indexation sont prévus pour positionner les premiers et seconds magasins de façon à ce qu'ils présentent une électrode neuve en position correcte de prélèvement. Les magasins sont, soit tous les deux circulaires, soit tous les deux linéaires. L'inconvénient majeur d'un tel dispositif réside dans le fait qu'il présente deux positions distinctes pour le prélèvement d'électrodes usagées et deux positions distinctes pour le remplacement de ces électrodes. II en résulte que la pince du robot de soudage doit effectuer deux trajectoires distinctes pour le prélèvement des électrodes usagées, deux trajectoires distinctes pour le remplacement des électrodes neuves ainsi que pour les allers et retours , couteux en temps, pour effectuer ces opérations. La programmation des trajectoires pour effectuer ces opérations devient laborieuse et complexe. De plus le centrage des allonges de la pince de soudage par rapport aux électrodes neuves nécessite de calculer, très précisément, la trajectoire de ces allonges pour que les extrémités (23) et (25) des tubes allonges viennent se placer en face des évidements tronconiques (24) des électrodes correspondantes. Cependant même avec une trajectoire calculée de cette manière, la position des extrémités (23) et (25) de la pince de soudage ne peut être déterminée que de quelques millimètres. II en résulte alors, soit un mauvais positionnement de l'extrémité du tube allonge par rapport aux électrodes, soit un choc entre le tube allonge et l'électrode, dans les deux cas une dégradation se produit sur le tube allonge. D'autre part, dans certain cas, le robot est utilisé pour la manipulation: c'est-à-dire que le robot ne possède pas de pince de soudure mais un dispositif de préhension (26), pour amener un ensemble d'éléments soudés (27) devant une pince de soudure fixe figure 3, dans ce type de disposition aucune machine présente sur le marché ne peut effectuer le remplacement des électrodes de soudure suivant une action coordonnée des éléments (6a, 7, 7', 7", 6) La présente invention se place dans ce contexte et a pour objet de proposer un dispositif pour l'entretien des automates programmables, qui permet de remplacer sur des tubes allonge des électrodes neuves. Qu'il soit d'une conception simple pour garantir sa fiabilité et son faible coût et, qui nécessite un temps d'arrêt minimal au robot, qu'il soit de soudage ou de manipulation, pour effectuer cette opération d'entretien. Dans ce but, la présente invention prévoit un dispositif pour l'entretien d'automate programmable qui comporte au moins une pince formée d'une paire de bras (12, 14) portant à son extrémité un tube allonge sur lequel sont fixées des électrodes de soudure (16, 18) ou bien qui comporte à la place de la pince un système de préhension (26) pouvant présenter, sur une pince fixe, des éléments à souder (27) figure 3. Cette pince fixe comporte également une paire de bras (12, 14) portant à son extrémité des tubes allonge (13, 15) sur lesquels sont fixées des électrodes de soudure (16, 18). L'extrémité des tubes allonges étant de forme tronconique et coopérant à la forme tronconique des électrodes de soudure. Le dispositif comportant au moins un module pour le prélèvement des deux électrodes de soudure usagées, soit en simultanée soit une électrode puis l'autre et, au moins un module de chargement pour le remplacement de deux électrodes neuves soit en simultanée, soit une électrode puis l'autre. Selon l'invention, le déchargement des électrodes usées s'effectue sur le même module de déchargement (34). Selon l'une des caractéristiques de l'invention, le chargement d'électrodes neuves, se fera sur un seul module de chargement (100). Selon une autre caractéristique de l'invention, le chargement pourra s'effectuer sur un système dit "abattant" avec des éléments indépendants (100), (101). Dans ce cas, le module (100) sert de magasin d'alimentation d'électrodes neuves et d'un module (101) sur lequel sera placée une paire d'électrodes pour venir remplacer en électrodes neuves, la pince de soudure fixée au sol. Selon une autre caractéristique de l'invention le mouvement de rotation du chargement s'effectuera automatiquement, suivant le va et vient d'un vérin (200). Selon un mode de réalisation avantageux, tous les éléments sont montés sur des ensembles d'amortisseur, permettant une certaine liberté de mouvement, selon trois axes orthogonaux. D'autres buts caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la description qui suit, d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 représente schématiquement un robot de soudage, du type de ceux qui sont utilisés dans l'industrie automobile ainsi qu'on l'a exposé plus haut, auquel la présente invention peut s'appliquer pour effectuer le remplacement de ses électrodes de soudure. La figure 2, représente l'extrémité d'un tube allonge et l'électrode destinée à coopérer avec cette extrémité de la façon exposée plus haut. La figure 3, représente schématiquement un robot de manipulation dont le but est de présenter un ensemble de tôle à souder à une pince de soudure dite au sol et dont les électrodes sont placées sur son tube allonge identiquement à la figure 2. La figure 4, représente de façon schématique l'ensemble de pièces mécanique constituant la tête de déchargement avec comme énergie un moteur ou vérin marqué (30). La figure 4a est complémentaire à la figure 4. La figure 5, représente également de façon schématique l'ensemble de chargement et de déchargement en poste fixe. La figure 5a, représente schématiquement l'ensemble de déchargement et de chargement en poste fixe. La figure 6, représente une vue en plan de la partie de déchargement des électrodes de soudure. La figure 6a, représente schématiquement et en perspective le fonctionnement des mâchoires d'extraction et de la came. La figure 7, représente de façon schématique et en perspective, un ensemble de changement d'électrodes monté sur un vérin pour un gain de place dans un site de soudure La figure 7a, représente également en perspective, un ensemble de changement fixe, sur un bâti. La figure 7b, représente schématiquement, un ensemble de changement disposé en système d'abattant. La figure 7c complète les mouvements schématiques des chargements d'électrodes et est complémentaire à la figure 7b. La figure 8, représente les tubes allonge, venant en approche des électrodes. La figure 8a, représente, la partie tronconique de l'allonge, s'insérant dans l'électrode. Cette figure représente également les angles de positionnement des électrodes dans les clips de maintien. La figure 8b, représente la partie tronconique du deuxième tube allonge s'insérant dans la deuxième électrode. La figure 9, représente les éléments de souplesse insérés dans les parties mécanique du module de chargement. La figure 10, représente l'ensemble des éléments du module de chargement standard. La figure 11, représente, le fonctionnement de rotation du module de chargement. Les figures Il a et Il b, sont complémentaires à la figure 11. Les figures 12 et 12a, représentent le système de chargement standard d'électrodes pour un module de chargement dit par abattant. La figure 13 représente les avaloirs sur les dispositifs de déchargement et de chargement. Comme on l'a représenté sur les figures, le dispositif d'entretien (5), comporte une plaque de base (32), un vérin représenté sans échelle (30), un module de déchargement d'électrodes (34), un élément de souplesse (33) et d'un module de chargement (100). Le module de déchargement (34), est constitué d'une tête d'extraction (35), dans laquelle est usiné un logement circulaire (130) de façon à recevoir la came d'extraction (42) et de deux logements également circulaires (131, 132). Pour la fixation des rampes (52), (54), il est également pourvu d'un logement linéaire, de façon à recevoir la crémaillère (82). Comme on l'a représenté sur les figures, le module de déchargement est actionné par un moteur ou vérin (30) poussant une crémaillère (82) à l'aide d'un axe vérin (31), le déplacement de la crémaillère met en rotation deux pignons (62) et (64) figure 4. La came (42) dans laquelle un logement circulaire (65) figure 6 est usiné de façon à permettre l'introduction du pignon (64) de sorte que la came (42) puisse agir sur les deux pignons (62, 64). Ont été également usiné, de part et d'autre de la came (42), trois empreintes de billes (90), (91) équidistantes placées à 1200, de façon à ce que les billes réagissent parfaitement sur les ressorts (601), (602), logés dans les pignons par des empreintes circulaires (621), (641), les ressorts étant solidaires des pignons par des goupilles (97, 98). Ont été également usiné dans la came (42), figure 6a, trois profils équidistants pour le serrage des électrodes par des mâchoires d'extraction. Les mâchoires (72), (73), (74) se trouvent dans les cavités (100), (100a), (100b). Sous l'effet de la crémaillère, les pignons décrivent une action circulaire suivant la flèche (F2), les mâchoires suivent les profils (110). En suivant ces profils, les mâchoires emprisonnent le fût (20) des électrodes (16), (18). L'arête (111) des mâchoires pénètre alors dans le fût des électrodes, en continuant son action circulaire, les ressorts fixés dans les pignons glissent sur les billes (90), (91) insérées dans leur logement dans la came (42), jusqu'au moment ou sous l'effort, l'électrode se désuni de son allonge. Etant placé en symétrie dans la came (42) et en effort simultané, le pignon (62), effectuera une translation (T11) et le pignon (64), une translation (T12), figure 6. Selon les mouvements de rotation, et de translation, l'électrode (16), (18), ne peut que se séparer de son tube allonge. La valeur de la translation, dépend de la compression du ressort (93), (94) et de l'emmanchement des deux parties tronconiques (23), (25), (24), figure 2. Le vérin ayant effectué toute sa course, celui-ci revient à sa position d'origine. Les éléments de l'ensemble mécanique de déchargement reviennent eux aussi à leur position d'origine. Les ressorts (95), (96) figure 4b obligent le pignon à revenir à sa position initiale, agissant en sens inverse que les ressorts (93), (94), lors du cycle précédent. La remise en place des mâchoires (100a), (100b), (100c), est effectuée par des ressorts à compression (201) figure 6a. Le cycle de déchargement effectué, les allonges (13), (15), sont alors dépourvus d'électrodes. Pour maintenir la pression sur les pignons, la crémaillère (82) est en pression sur une butée ou roulement (37) figure 4, un carter de protection (36) garantira la crémaillère contre la pollution de soudage. Le chargement s'effectuera de deux façons différentes, que les pinces soient actionnées par un robot figure 1 ou, que ces pinces soient fixes, figure 3. Le module de chargement (100) est composé d'un ensemble magasin (160) figure 10. Les électrodes neuves sont présentées tête bêche dans le magasin représenté par une paire d'électrodes figure 8. Le magasin comporte une multitude de clips permettant le positionnement de plusieurs électrodes neuves. Le magasin est constitué de trois éléments mécaniques pouvant recevoir tous types d'électrodes, il est de préférence de forme cylindrique et composé de trois parties différentes. Les clips fixés sur les ensembles (155) et (157) permettent la prise des fûts (20) des électrodes et les clips fixés sur l'élément (156) permettent la prise des tétons (22) des électrodes. L'emprisonnement des deux diamètres de l'électrode, le fût (20) et le téton (22) ne peut que dégauchir l'électrode parfaitement dans les clips. Les clips pouvant être usinés ou rapportés seront placés de telle sorte que les fûts soient installés suivant l'inclinaison (lit) des électrodes placées sur les tubes allonge figure 8a. En règle générale l'inclinaison varie de O a 15 L'ensemble de chargement est monté sur la platine (32) sur des éléments amortisseur, permettant une liberté de mouvement suivant les trois axes orthogonaux. Les trois éléments support clips (155), (156), (157), sont également montés sur des éléments de souplesse (161), (161a), (161b), (161c) équidistant de 90 à 1200, suivant le diamètre de l'ensemble figure 9. Ces éléments de souplesse, permettent de compenser les différents défauts de positionnement de la pince de soudage lors du chargement d'électrodes neuves. Ainsi que nous l'avons précité, le dispositif de changement des électrodes, peut être géré d'une façon indépendante de l'automate programmable. Pour ce faire, le dispositif de remplacement des électrodes doit être modulable. Les figures 7, 7a, 7b et 7c, démontrent d'une façon schématique, les différentes variantes de chargement. Soit un chargement classique ou la pince robot effectuera sa trajectoire pour, dans un premier temps de déchargement des électrodes et, dans un deuxième temps, le chargement d'électrodes neuves. Ou bien se sera le dispositif de remplacement qui viendra effectuer les déplacements nécessaires au remplacement des électrodes. Selon que nous l'avons représenté en figure 7, la différence de positionnement du déchargement (T1), (Y), est décaler dans l'espace en rapport avec le chargement (T2), (Y'), la différence entre ces trajectoires nécessite au robot de bien se positionner sur ces deux points d'axe (T3) et (Y5). Selon que nous l'avons représenté sur la figure 7b, le point d'intersection du déchargement et du chargement s'effectue sur le même axe (Y1). De façon que le robot ne se déplace pas et garde sa pince fixe, il est nécessaire d'effectuer une translation (F3), de sorte que l'axe (T2') vient se placer à la place de l'axe (T1'), et que le point de convergence (Y6) vient se placer sur le point primitif (T4). De ce fait, nous pouvons constater que ce type de dispositif peut aussi se substituer à la trajectoire robot et de ce fait être utilisé dans le cas d'une pince fixe, selon que nous l'avons représenté en figure 3. Pour des raisons économiques, I'utilisateur pourra également positionner le dispositif selon la figure 7a ou ce type d'installation sera alors dépourvu de toute la logistique. Conformément à la présente invention le dispositif peut se déplacer dans l'espace de façon à procéder au déchargement des électrodes puis au chargement d'électrodes neuves. La pince de soudure étant fixe, le dispositif de déchargement et de chargement, doit se trouver sur le même plan, dans les trois axes orthogonaux. Le magasin (100) d'électrodes neuves, peut être placé en dehors d'un site et d'être indépendant dans son chargement dans ce cas et d'une façon mécanique, L'ensemble du dispositif au repos, viendra charger lui-même ses électrodes neuves et dans le même cas, libérer la place qu'il prenait dans le site figure 7b et 7c, dans ce cas, le magasin (100), fera office de magasin d'alimentation. L'avantage de ce procédé, est de ne pas encombrer les sites de soudage et d'une manière plus prémonitoire, de placer l'ensemble de chargement appeler (C), en dehors du site et ce, de permettre à l'utilisateur le remplissage du magasin (100), sans interruption du site de soudure. De façon plus précise une fois le cycle de déchargement et de chargement des électrodes, effectué, l'ensemble de chargement (5) vient se placer automatiquement en face de l'ensemble magasin (C). Le placement s'effectuant d'une façon précise, un vérin (320) d'alimentation vient mettre en place de nouvelles électrodes neuves dans le magasin (101). Cette manoeuvre effectuée par le dispositif de chargement est de nouveau muni d'électrodes neuves et se trouve donc prêt à un nouveau cycle de remplacement. Selon le procédé, le vérin (7), effectue une translation linéaire (FI), l'axe (7") permettant à l'élément (7') d'effectuer une trajectoire (F2), de façon à placer l'élément (101), en face avec l'élément (100). II est bien évident que ces figures sont schématiques. Les mouvements de déplacement pourront être dans les trois axes orthogonaux et être mis en mouvement par un ou plusieurs moteurs ou vérins. Les éléments constituant le magasin seront indépendants de façon à recevoir dans les clipssages, toute la géométrie des électrodes de soudure. Selon un autre procédé avantageux, I'indépendance des pièces mécanique constituant le magasin d'électrodes pourra à tout moment être remplacé, sans pour autant entraîner d'autre changement de cet ensemble mécanique. Selon ce même procédé, le dispositif de changement pourra, au besoin, être installé de façon à servir plusieurs robots ou automates programmables. Le placement des électrodes neuves dans l'élément magasin (101), dans le cas ou la pince robot est fixe ou dite au sol, s'effectue à l'aide d'une pince (301) figure 12a. L'ensemble changeur se présente devant le magasin d'électrode figure 7c. La rotation du magasin (100), s'effectuera automatiquement, figures 11, lita, et Il b, un vérin (200), à double fonction effectue un va et vient, les cannelures marquées (251), sont numériquement du double des clips électrode. Ce vérin est muni de deux têtes (222), (230), dont les formes (220), (225), coopèrent avec les formes des cannelures (241), figure 11. En pression figure (F10), le magasin est positionné et bloqué par le vérin (200). Le vérin (200) est fixé sur l'élément (162) par une bride de fixation (250) figures 10 et 11. La tête (222) du vérin, se trouve dans la cannelure (220). La tête (230) est dégagée des cannelures. Sous la pression (F11), la tête (230) vient se positionner dans la cannelure (231), la partie (225) glissée sur la cannelure. Sous la pression (F10), le vérin revient à sa position initiale, la tête du vérin (222) vient se positionner dans la cannelure (241). L'électrode (E2) prend la place automatiquement de l'électrode (El). Les électrodes neuves du magasin (100), figures 12, 12A étant en face du magasin (101), le vérin (320) est actionné. Les bras pinces (310), (311), (313), (314), enserrent les fûts et les tétons des électrodes neuves. La pince est actionnée par la tige (321) du vérin (320) et effectue le mouvement (F20). Les électrodes (ES) et (EP) sont placées dans les clips (150), (151), (152) du magasin (101). Pour faciliter le déchargement et le chargement des avaloirs (500), (510) placés sur ces modules pour maintenir les tubes allonge des pinces de soudure, figure 13, les bras (13), (15) de la pince de soudure vient en appui sur l'avaloir (500), (510), de sorte que l'allonge (13), (15) ne puisse pas suivre les mouvements de translation (T11, T12) des pignons lors de l'arrachage des électrodes. Bien entendu, I'invention n'est pas limitée au modes de réalisation qui ont été décrites mais elle est susceptible au contraire de recevoir de nombreuses modifications qui apparaîtront à l'homme du Métier. C'est ainsi, par exemple, que bien qu'ayant été décrit en relation avec un robot de soudage, le dispositif d'entretien de la présente invention, pourra être facilement adapté à d'autres automates programmables utilisant des outils maintenus par des tubes allonges au moyen de formes tronconiques complémentaires. Bien que l'on ait représenté et décrit ce que l'on considère actuellement être les modes de réalisation préférés de la présente invention, il est évident que l'Homme de l'Art pourra y apporter différents changements et modifications sans sortir du cadre de la présente invention, tels que défini ci-après. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'entretien d'automates programmables qui comporte au moins une pince formée d'une paire de bras (12, 14) portant chacune à son extrémité un tube allonge (13, 15), sur lequel est fixé un outil (E); I'extrémité (23, 25) des tubes allonge (13. 15) étant de forme tronconique (24) complémentaire, formé sur l'outil (E); le dispositif comporte au moins un module d'extraction (34) dont la pluralité des mâchoires (72, 74) permettent l'arrachage des outils (E) fixés sur les tubes allonge (13, 15); le dispositif comprenant également au moins un module de chargement (100) comportant des clips (150, 151, 152) destinés à recevoir et à maintenir élastiquement des outils (E) neufs, placés en vis à vis; en outre, le module de chargement (100) permet l'installation d'outils (E) dans un autre module (101). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le module d'extraction (34) comporte au moins deux pignons dentés (62,64), coopérant avec les surfaces de came (42) pour actionner les mâchoires (72, 74) radialement par rapport à une position d'extraction (Ti) et axialement. 3. Dispositif selon la revendication 2. caractérisé en ce que les pignons dentés (62, 64) sont mis en mouvement par une crémaillère (82) fixée à une barre (31), mise en mouvement par un moteur (30). 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les pignons dentés (62. 64) sont mis en rotation par la crémaillère (82), et en translation par les billes (90. 92) glissant sur les ressorts (94, 96). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module (100) comporte des clips(150. 151. 152) recevant et maintenant des outils (E) placés en vis à vis 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le module (100) comporte au moins un pignon cannelé solidaire des éléments support (155,156,157). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un vérin (200), muni de têtes (222. 230) coopérant avec les cannelures (251), actionne en rotation les éléments support (155. 156, 157). 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que les mouvements (F10. F11, F10) du vérin (200) Positionne axialement l'outil (E2). 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module (100) comporte au moins un bras (301) comportant des pinces (310, 311, 313 314), coopérant avec les outils (ES, EP). 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que les pinces (310, 311, 313 314) positionne les outils (ES, EP) dans les clips (150, 151, 152) du module (101).