Brevet FR2806657A1 — publié le 20010928

La présente invention concerne un système de repérage positionnel d'une machine tridimensionnelle dans un référentiel fixe. La machine tridimensionnelle concernée pourra être indifféremment une machine de mesure, ou encore une machine d'usinage, par exemple une fraiseuse multi-axes. Dans le domaine particulier des véhicules automobiles, on peut avoir besoin de repérer différents points d'une carrosserie de véhicule automobile accidenté ou en cours de montage, afin d'effectuer un contrôle de sa géométrie en repérant des points prédéterminés de ladite carrosserie au moyen d'un dispositif de mesure tridimensionnel associé à un bâti de référence, plus communément appelé "marbre". C'est cette opération de "passage au marbre" qui permet de conclure, soit la remise en circulation du véhicule, éventuellement après un redressement des parties déformées, soit à sa mise hors circulation. On pourra à ce titre se référer aux documents FR-A- 2 740 546 et FR-A-2 764 992 de la demanderesse. On a également proposé des systèmes de repérage positionnel utilisant un module d'émission portant une source de rayon lumineux montée sur un socle pouvant pivoter autour de deux axes distincts non parallèles entre eux, avec deux capteurs de position angulaire associés au mouvement de rotation correspondant de la source par rapport au socle, une pluralité de cibles étant disposées autour du module d'émission en des emplacements définis par rapport à un référentiel fixe, lesdites cibles étant aptes à délivrer un signal électrique témoignant de leur éclairement par le rayon lumineux émis par la source. Un tel système est décrit dans le document WO 95/06479. Un tel système est toutefois contraignant dans la mesure o il est nécessaire d'équiper le local dans lequel se trouve la machine de mesure d'une pluralité de cibles en saillie réparties sur les parois verticales ou le plafond, le repérage positionnel ne se faisant pas par rapport à la paroi horizontale de support. L'invention a pour but de concevoir un système de repérage positionnel utilisable aussi bien avec une machine de mesure qu'avec une machine d'usinage, et qui soit à la fois simple et économique. Il est rappelé à ce titre que les marbres classiques, constitués par une plaque massive de dimensionnement 200 mm x 4000 mm x 6000 mm, sont extrêmement lourds et onéreux. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce à un système de repérage positionnel d'une machine tridimensionnelle de mesure ou d'usinage dans un référentiel fixe, ladite machine reposant sur une paroi de support essentiellement plane, système de repérage dans lequel: - la paroi de support est équipée d'une pluralité de douilles intégrées interactives, chaque douille étant équipée d'un moyen émetteur servant à émettre un code prédéterminé permettant d'identifier la douille concernée et d'en déduire les coordonnées d'un point associé de ladite paroi de support; - la machine tridimensionnelle est équipée d'au moins un bras articulé se terminant par un capteur de position, ledit bras étant équipé d'un moyen récepteur capable de détecter le code émis par une douille de la pluralité des douilles lorsque le capteur de position associé est amené au contact de celle-ci. Ainsi, il suffit d'amener le capteur de position au contact de plusieurs douilles interactives directement adjacentes à la machine pour procéder à un relevé aisé des coordonnées en trois dimensions de plusieurs points connus de la paroi de support, ce qui permet de réaliser un repérage à la fois rapide et précis de la machine dans son référentiel. Dans un mode d'exécution particulier, on pourra prévoir qu'au moins une paroi essentiellement verticale adjacente à la paroi de support est également équipée d'une pluralité de douilles intégrées interactives de même type que celles qui équipent ladite paroi de support. Les douilles d'une même paroi pourront être disposées pour former au moins une partie d'un quadrillage. A ce titre, le réseau de douilles interactives pourra être agencé conformément à un agencement très variable, sans que l'on soit limité à un agencement en quadrillage orthogonal, comme c'était en particulier le cas pour les marbres classiques dont la paroi supérieure d'appui présente des rainures orthogonales, qui se croisent au niveau de points identifiés. De préférence, chaque douille comporte un boîtier intégré dans un perçage de la paroi, ledit boîtier renfermant le moyen émetteur et un cône de repérage dont l'axe passe par le point repéré associé de ladite paroi. En particulier alors, le moyen émetteur de chaque douille est constitué par un émetteur infrarouge associé à une carte électronique qui est logée dans le boîtier de ladite douille. On pourra également prévoir que le cône de repérage fait partie d'une rondelle filetée qui supporte l'émetteur, ladite rondelle étant positionnée dans le boîtier de la douille de telle façon que le capteur de position soit centré au point associé lorsqu'il est amené au fond dudit cône de repérage. Avantageusement alors, la rondelle inclut un interrupteur associé à l'émetteur, de façon que ledit émetteur soit actif seulement lorsque le capteur de position est appuyé contre le fond du cône de repérage. Avantageusement encore, le boîtier de chaque douille est obturable par un couvercle amovible qui, en position d'obturation, affleure au niveau du plan de la paroi associée. Ainsi, les douilles de la pluralité de douilles équipant la paroi associée sont totalement intégrées dans ladite paroi, et ne constituent aucunement une gêne au passage lorsque ces douilles ne sont pas utilisées. De préférence enfin, les coordonnées du point repéré de chacune des douilles utilisées sont rentrées en liaison avec le code d'identification correspondant dans une table commune, de préférence en mémoire dans un ordinateur de traitement associé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre et des dessins annexés, concernant un mode de réalisation particulier, en référence aux figures o: - la figure 1 est une vue en perspective illustrant un système de repérage positionnel conforme à l'invention, ici associé à une machine de mesure tridimensionnelle, avec des douilles interactives intégrées dans le plancher et dans une paroi verticale adjacente, - la figure 2 est une coupe partielle au niveau de l'une des douilles interactives du système précédent, - la figure 3 est une coupe analogue à celle de la figure 2, illustrant la coopération entre le capteur de position équipant la machine tridimensionnelle et la douille interactive, avec émission d'un code correspondant, - la figure 4 est une vue en perspective illustrant un banc de montage ou de réparation d'un véhicule automobile, ici seulement schématisé en trait mixte, le système de repérage positionnel selon l'invention étant alors associé à une machine tridimensionnelle d'usinage, telle qu'une fraiseuse multi-axes. La figure 1 illustre un système de repérage positionnel conforme à l'invention, ici associé à une machine de mesure tridimensionnelle 100, dans un référentiel fixe repéré en l'espèce par un trièdre trirectangle OX, OY, OZ. La machine tridimensionnelle 100 repose sur une paroi de support essentiellement plane 1, qui est en l'espèce sensiblement horizontale. Cette paroi est ici bordée par une autre paroi essentiellement verticale 2, qui lui est adjacente. Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, la paroi de support 1, et ici aussi la paroi verticale 2, est équipée d'une pluralité de douilles intégrées interactives 10, chaque douille étant équipée d'un moyen émetteur servant à émettre un code prédéterminé permettant d'identifier la douille concernée et d'en déduire les coordonnées dans l'espace d'un point associé de ladite paroi de support. Un exemple avantageux de structure d'une telle douille intégrée interactive sera décrit plus loin plus en détail en référence aux figures 2 et 3. On distingue également sur la figure 1 une machine tridimensionnelle 100, qui est ici une machine de mesure comportant une embase 101 au sommet de laquelle est montée une tourelle pivotante 102 porteuse d'un ensemble de bras articulé 103. L'ensemble articulé 103 se compose ici de deux bras 104, 105 et d'un doigt terminal 106 équipé à son extrémité libre d'un palpeur ou capteur de position 107 (en général agencé en forme de bille). La mobilité des différentes articulations de l'ensemble articulé 103 et le pivotement de la tourelle 102 sont repérés par des codeurs associés (non visibles sur la figure) dont les signaux, transmis à une unité de traitement électronique (non représentée ici) telle qu'un ordinateur, sont combinés pour en déduire la position du palpeur 107 dans l'espace par rapport à l'embase 101. La constitution précise de ce genre de machine de mesure est bien connue en elle-même et ne sera donc pas davantage décrite. Ainsi qu'on le verra plus loin en référence à la figure 3, l'ensemble articulé 103 est également équipé d'un moyen récepteur capable de détecter le code émis par une douille de la pluralité de douilles 10 lorsque le capteur de position ou palpeur 107 est amené au contact de celle- ci. Ainsi, pour chaque douille 10 de numéro i, l'émetteur associé donne un code d'identification qui indique qu'il s'agit de la douille numéro i, ce qui permet d'en déduire les coordonnées Xi, Yi, Zi d'un point associé de la paroi de support 1 ou 2. Il est aisé de comprendre qu'en effectuant plusieurs mesures, en amenant successivement le palpeur 107 au niveau de plusieurs douilles qui sont directement accessibles en manipulant le bras articulé 103 sans déplacer le support de la machine, on obtient une série de mesures très précises qui permettent de déduire aisément la position précise du socle de la machine, et ce conformément à un repérage tridimensionnel. Les coordonnées Xi, Yi, Zi relevées au niveau de chaque douille numéro i, sont combinées aux données angulaires obtenues à partir des différents codeurs qui équipent chaque articulation de la machine tridimensionnelle 100, pour en déduire finalement le repérage positionnel de la machine dans le référentiel OX, OY, OZ. Dans la pratique, ces coordonnées Xi, Yi, Zi sont rentrées avec le code d'identification correspondant à la douille numéro i, dans une table commune, de préférence en mémoire dans un ordinateur de traitement associé (non représenté ici). On parvient ainsi, en équipant une ou plusieurs parois d'une pluralité de telles douilles 10, à réaliser une sorte de marbre virtuel qui peut être utilisé à tout moment, ou laissé de côté pour une autre application. Il n'est donc plus nécessaire de prévoir un marbre rapporté dans le local de montage ou de réparation, dans la mesure o l'on se contente d'utiliser le plancher même dudit local. Ceci constitue une simplification considérable dans différents domaines d'application, en particulier celui qui est associé aux véhicules automobiles. On va maintenant décrire plus en détail la structure de l'une des douilles interactives 10 de la pluralité de douilles équipant la ou les parois de support, en référence à la figure 2. Sur cette figure, on constate que la paroi 1 présente un perçage 11 dans lequel est disposé un boîtier 13, ici de forme cylindrique d'axe D. Le boîtier 13 est positionné dans son perçage borgne de manière fixe et précise par interposition d'une épaisseur 12 de ciment ou de colle. Le boîtier 13 intégré dans le perçage 11 de la paroi 1 renferme un moyen émetteur noté 19 et un cône de repérage 16 d'axe D, ledit axe passant par le point repéré noté A associé de ladite paroi. En l'espèce, on a prévu que le moyen émetteur 19 de chaque douille 10 est constitué par un émetteur infrarouge associé à une carte électronique notée 17 qui est logée dans le boîtier 13 de ladite douille, dans l'espace intérieur 21 dudit boîtier. La carte électronique 17 est équipée d'une pile 18 de façon classique, et elle est ici fixée en partie inférieure d'une rondelle 15 filetée dont fait partie le cône de repérage 16, ladite rondelle supportant ici l'émetteur 19. Le filetage interne de la partie supérieure du boîtier 13 permet de réaliser un positionnement axial précis de la rondelle 15 dans le boîtier 13 de telle façon que le capteur de position ou palpeur 107 soit parfaitement centré au point A associé lorsqu'il est amené au fond du cône de repérage 16, comme cela est illustré sur la figure 3. Dans la pratique, le boîtier 13 de chaque douille est obturable par un couvercle amovible 14 qui, en position d'obturation, affleure au niveau du plan de la paroi associée 1 ou 2. Sur la figure 2, on a représenté le couvercle 14, dont la périphérie est filetée pour venir se visser directement dans le boîtier 13, et qui vient d'être enlevé comme symbolisé par la flèche. Sur la figure 3, le palpeur ou capteur de position 107 est associé au doigt 106 terminant le bras articulé 103 de la machine tridimensionnelle de mesure, ledit capteur ayant ici une forme sphérique. Un équipement supplémentaire 108 est prévu, avec un récepteur de rayonnement infrarouge 109. Lorsque le capteur de position 107 est amené au fond du cône de repérage 16, l'émetteur 19 émet un rayonnement infrarouge conformément à un code prédéterminé qui est associé à la douille 10 concernée. Ce code donne le numéro d'identification de la douille concernée, et permet d'en déduire instantanément les coordonnées X, Y, Z du point A associé. On pourra prévoir que la rondelle 15 inclut en outre un interrupteur (non représenté ici) associé à l'émetteur 19, de façon que ledit émetteur soit actif seulement lorsque le capteur de position 107 est appuyé contre le fond du cône de repérage 16. On a représenté en 20 un codage lisible imprimé sur la carte électronique 17, ce qui permet une identification fiable lorsque la douille est démontée, ou lorsque l'on veut changer d'ensemble émetteur. Il pourra suffire dans la pratique d'utiliser un code de six bits. Le système de repérage positionnel selon l'invention n'est bien entendu aucunement limité à un type particulier de machine tridimensionnelle, et l'on pourra prévoir aussi une application avec des machines d'usinage, par exemple des fraiseuses multi-axes. Sur la figure 4, on a représenté une telle machine d'usinage qui est notée 200. La machine 200 comporte un chariot de base 201 qui peut se déplacer sur la paroi de support 1 au moyen de galets 202 qui sont équipés de codeurs. Une poutre 206 essentiellement verticale se dresse au- dessus du chariot 201 et porte une poutre horizontale 204 en extrémité de laquelle est monté un support d'outil 205 se terminant par un outil approprié 210. Il est intéressant de pouvoir repérer avec précision la position du centre de l'outil 210 par rapport à un référentiel fixe, associé à la paroi horizontale de support 1. Pour cela, il est prévu que le chariot 201 de la machine 200 soit équipé d'un ou de plusieurs bras articulés 203 (ici deux tels bras) qui se termine par un capteur de position 207, ledit bras étant comme précédemment équipé d'un moyen récepteur capable de détecter le code émis par une douille 10 quelconque de la pluralité de douilles interactives intégrées lorsque le capteur de position associé est amené au contact de celle-ci. Ainsi, la machine d'usinage 200 est amenée au voisinage de l'objet concerné, ici une carrosserie de véhicule V, schématisée en trait mixte, puis l'on utilise les capteurs de position 207 des bras articulés 203 en amenant lesdits capteurs au contact de plusieurs douilles 10 environnantes, par appui dudit capteur contre le fond du cône de repérage associé de celles-ci. Les codeurs intégrés aux galets 202, et les capteurs de déplacement associés aux directions tridimensionnelles associées à l'outil 210 permettent de repérer avec une grande position la position spatiale de l'outil 210 dans le trièdre fixe de référence associé à la paroi de support. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées plus haut. REVENDICATIONS 1. Système de repérage positionnel d'une machine tridimensionnelle de mesure ou d'usinage dans un référentiel fixe, ladite machine reposant sur une paroi de support essentiellement plane, caractérisé en ce que: - la paroi de support (1) est équipée d'une pluralité de douilles intégrées interactives (10), chaque douille (10) étant équipée d'un moyen émetteur (19) servant à émettre un code prédéterminé permettant d'identifier la douille concernée (10) et d'en déduire les coordonnées d'un point associé (A) de ladite paroi de support; - la machine tridimensionnelle (100; 200) est équipée d'au moins un bras articulé (103; 203) se terminant par un capteur de position (107; 207), ledit bras étant équipé d'un moyen récepteur (109; 209) capable de détecter le code émis par une douille (10) de la pluralité des douilles lorsque le capteur de position associé est amené au contact de celle-ci. 2. Système de repérage positionnel selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une paroi essentiellement verticale (2) adjacente à la paroi de support (1) est également équipée d'une pluralité de douilles intégrées interactives (10) de même type que celles qui équipent ladite paroi de support. 3. Système de repérage positionnel selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les douilles (10) d'une même paroi (1; 2) sont disposées pour former au moins une partie d'un quadrillage. 4. Système de repérage positionnel selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque douille (10) comporte un boîtier (13) intégré dans un perçage (11) de la paroi associée (1; 2), ledit boîtier renfermant le moyen émetteur (19) et un cône de repérage (16) dont l'axe (D) passe par le point repéré (A) associé de ladite paroi. 5. Système de repérage positionnel selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen émetteur de chaque douille (10) est constitué par un émetteur infrarouge (19) associé à une carte électronique (17) qui est logée dans le boîtier (13) de ladite douille. 6. Système de repérage positionnel selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que le cône de repérage (16) fait partie d'une rondelle (15) filetée qui supporte l'émetteur (19), ladite rondelle étant positionnée dans le boîtier (13) de la douille de telle façon que le capteur de position (107; 207) soit centré au point (A) associé lorsqu'il est amené au fond dudit cône de repérage. 7. Système de repérage positionnel selon la revendication 6, caractérisé en ce que la rondelle (15) inclut un interrupteur associé à l'émetteur (19), de façon que ledit émetteur soit actif seulement lorsque le capteur de position (107; 207) est appuyé contre le fond du cône de repérage (16). 8. Système de repérage positionnel selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le boîtier (13) de chaque douille (10) est obturable par un couvercle amovible (14) qui, en position d'obturation, affleure au niveau du plan de la paroi associée (1; 2). 9. Système de repérage positionnel selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les coordonnées du point repéré (A) de chacune des douilles (10) utilisées sont rentrées en liaison avec le code d'identification correspondant dans une table commune, de préférence en mémoire dans un ordinateur de traitement associé.