Brevet FR2821778A1 — publié le 20020913

PROCÉDÉ D'ASSEMBLAGE AUTOMATISÉ DE STRUCTURES VOLUMINEUSES NOTAMMENT AÉRONAUTIQUES, DISPOSITIFS ET PRODUIT LOGICIEL PERMETTANT DE LE METTRE EN OEUVRE DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention a trait au domaine de l'assemblage des structures de grandes dimensions et de masse élevée, comme celles formant les cellules d'aéronefs et notamment aux adaptations permettant d'automatiser les différentes étapes dudit assemblage. DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR Classiquement, l'assemblage des éléments de structures d'aéronefs est mis en oeuvre au moyen de bâtis rigides adoptant des géométries très précises qui assurent le positionnement, c'est-à-dire le référencement des éléments à assembler par rapport à un référentiel lié à l'atelier. Le positionnement des éléments de structures à assembler requiert une grande précision de positionnement de leurs points d'appuis sur lesdits bâtis fixes. Ces points de manutention sont classiquement matérialisés par des ferrures disposées sur l'élément à assembler. Lesdits bâtis rigides doivent être particulièrement massifs pour garantir la stabilité de leur géométrie et en conséquence des distances séparant les zones support desdites ferrures. Cette méthodologie présente plusieurs inconvénients majeurs explicités ci-après. La demanderesse a pu constater que, dans la pratique, des ajustements doivent être constamment réalisés sur lesdits bâtis afin d'obtenir un assemblage correct mais non optimal, compte tenu des dispersions des tolérances de fabrication des produits. En effet, les éléments de structures présents en assemblage constituant la fin d'une longue phase de fabrication, ces structures présentent des tolérances de dimensions et de défaut particulièrement importantes. De même, étant données que les surfaces sur lesquelles sont placées les bâtis d'assemblage sont susceptibles d'être soumises à des variations, la précision requise pour l'assemblage est rarement atteinte. Ces grandes tolérances ne peuvent être en adéquation avec la géométrie et le positionnement des bâtis rigides qui doivent être finalement systématiquement adaptés par intervention du personnel d'assemblage pour chaque nouvel assemblage. Cette intervention oblige à un contrôle périodique des bâtis rigides, contrôle qui pénalise le cycle de production. DESCRIPTION DE L'INVENTION Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches visant à optimiser l'assemblage des pièces et éléments de structures telles les tronçons de fuselage et de voilure d'aéronefs. Ces recherches ont eu pour but d'affranchir le positionnement des points de manutention telles les ferrures d'appuis présentes sur les éléments à assembler et soumis à de grandes tolérances, du positionnement des points de support fixes définis par les bâtis rigides. A cette fin, la demanderesse a avantageusement imaginé un procédé d'assemblage d'éléments de structures de grandes dimensions remarquable en ce qu'il consiste à positionner par des moyens motorisés qui peuvent être commandés, les éléments de structure à assembler en fonction de la mesure de leur positionnement dans l'espace de sorte que l'assemblage soit réalisé à partir d'un référentiel lié à l'élément à positionner et non à l'atelier dans lequel sont assemblés lesdits éléments. Cette caractéristique a pour avantage de supprimer la fonction de référencement absolu jusqu'ici assurée par le bâti. Le bâti support de l'élément de structure à assembler positionne seulement ce dernier. Aucune précision intrinsèque du bâti n'est plus requise. Ce dernier doit se contenter de proposer des axes présentant une sensibilité de mouvement suffisante pour assurer le positionnement relatif des sous-ensembles à assembler dans les tolérances demandées. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le procédé d'assemblage est remarquable en ce qu'il consiste à associer les différents éléments à des références optiques susceptibles de faire l'objet d'une acquisition par laser qui assure la mesure à distance des positions dans l'espace des différents éléments. Ainsi, l'invention propose d'assurer le contrôle de la vitesse et de la position de moyens motorisés sur la base de consignes calculées à partir de mesures réalisées dans l'espace et effectuées directement sur l'élément ou sur le produit support par lesdits moyens motorisés. Afin d'assurer l'acquisition desdites données, la demanderesse exploite avantageusement les capacités d'un moyen laser. Un autre objet de l'invention est constitué par les différents dispositifs permettant de mettre en oeuvre le procédé précité notamment ceux adaptés à l'assemblage des éléments de voilure aux cellules d'aéronefs et ceux adaptés à l'assemblage desdites cellules entre elles. Ainsi, un dispositif de l'invention est remarquable en ce qu'il est constitué par des moyens motorisés indépendants les uns des autres et mobiles chacun selon au moins un axe venant s'associer à l'élément à assembler de façon à réaliser le positionnement et la mise en mouvement commandés dudit élément. Un autre objet de l'invention est constitué par le produit logiciel assurant la commande de ces dispositifs. Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un procédé et d'un dispositif permettant de le mettre en oeuvre conformes à l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue de dessous d'un élément de structure, ici une demi-voilure à assembler à une cellule d'aéronef, Les figures 2a, 2b, 2c représentent trois machines constituant un mode de réalisation d'un dispositif de positionnement et d'assemblage d'une demi-voilure sur une cellule d'aéronef conforme à l'invention, La figure 3 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un autre dispositif de positionnement et d'assemblage de deux éléments de cellules d'aéronef. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS Telle qu'illustrée sur le dessin de la figure 1, la demi-voilure à assembler référencée 100 dans son ensemble comporte quatre points de manutention définis par quatre ferrures de positionnement référencées A, B, C'et C''. Un mode de réalisation non limitatif du dispositif D destiné à réaliser l'assemblage de ladite voilure 100 à une cellule d'aéronefs est illustré sur les dessins des figures 2a, 2b, 2c. En effet, le dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé d'assemblage ci-dessus décrit est remarquable en ce qu'il est constitué par trois moyens motorisés 200,300, 400 indépendants les uns des autres comprenant chacun au moins une tête support venant s'associer aux ferrures de positionnement A, B, C'et C'' et mobiles selon trois axes de façon à réaliser le positionnement et la mise en mouvement dudit élément de voilure 100, commandés en fonction des mesures réalisées par moyen laser. Plus précisément, le moyen motorisé 200 en figure 2a est celui venant s'associer à la ferrure de positionnement A de la voilure 100. Le moyen motorisé 300 illustré en figure 2b est celui venant s'associer à la ferrure de positionnement B de la voilure 100. Le moyen motorisé 400 illustré en figure 2c est celui venant s'associer aux ferrures de positionnement C'et C''. L'indépendance des différents moyens motorisés a pour avantage de proposer une multitude de possibilités de positionnement et en conséquence d'atteindre une grande précision dans celuici. Afin d'assurer le positionnement adéquat de la voilure 100 dans l'espace à des fins de fixation de cette dernière à une cellule ou à un élément de cellule d'aéronef, ces moyens motorisés 200,300, 400 sont avantageusement mobiles selon trois axes. Selon le mode de réalisation préféré mais non limitatif illustré, chaque moyen motorisé 200,300, 400 assure la mise en mouvement d'une tête support respectivement 210,310, 410 et 420 venant coopérer avec lesdites ferrures d'appuis A, B, C' et C''selon trois directions : - une première direction amenant ladite voilure 100 vers la cellule, - une deuxième direction parallèle à l'axe de la cellule c'est à dire de l'aéronef, - une troisième direction verticale. Conformément à l'invention, la motorisation de chaque mouvement est commandée selon le positionnement dans l'espace de la voilure 100, une fois cette dernière positionnée au moyen de ses ferrures A, B, C'et C''sur les têtes support 210,310, 410 et 420 prévus à cet effet. En effet, conformément à l'invention, la voilure 100 est avantageusement associée à des piges de visée (non illustrées) servant de références optiques lesquelles peuvent faire l'objet d'un acquisition par laser. Ainsi, selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, les moyens motorisés illustrés aux figures 2a, 2b, 2c sont commandés par la mesure laser du positionnement dans l'espace de l'élément, ici la voilure 100 à assembler. Cette caractéristique de mesure directe de la position dans l'espace de la pièce à assembler permet de s'affranchir du référentiel de positionnement classiquement lié à l'atelier et générateur de trop grandes dispersions. Selon un mode de réalisation, le dispositif D est constitué par au moins un moyen laser de lecture de positionnement. Ce moyen laser, non illustré, assure de façon automatique, la recherche des références optiques et la mesure de leur position réelle dans l'espace. A partir des résultats de ces mesures, les têtes d'appui 210,310, 410 et 420 sont mises ou non en mouvement pour assurer le positionnement adéquat de la voilure 100 et assurer son déplacement vers la cellule d'aéronef à des fins d'assemblage. L'exploitation des mesures réalisées sur les piges de visée par ledit moyen laser est avantageusement mise en oeuvre par un logiciel de pilotage qui calcule les déplacements à effectuer au niveau de chacune des trois machines de façon à obtenir les positionnements souhaités. Les consignes de position correspondantes sont transmises auxdits moyens 200,300, 400 motorisés de chacun des mouvements qui effectuent le positionnement correspondant. Le processus consistant à mesurer la position des piges de visée, à calculer les déplacements à effectuer et à déplacer lesdites têtes support est répété jusqu'au positionnement de la voilure 100 dans les tolérances spécifiées. Selon un mode de réalisation préféré, chaque mouvement est guidé sur le moyen motorisé par des ensembles formés de rails et patins précontraints. L'entraînement est quant à lui assuré par un ensemble moto-réducteur et vis à billes pour les deux premières directions et par un moto-réducteur entraînant un vérin mécanique à vis trapézoïdale pour la troisième direction. Un autre mode de réalisation du dispositif D permettant de mettre en oeuvre le procédé d'assemblage de l'invention et particulièrement adapté à l'assemblage de tronçons de cellule 500, est illustré par le dessin de la figure 3. Ces tronçons se présentent classiquement sous la forme d'un cylindre de section circulaire ou ovoïde 500 et sont constitués par une succession d'armatures circulaires ou ovoïdes parallèles reliées par des armatures longitudinales et recouvertes de tôle de faible épaisseur. Le volume intérieur de tels tronçons 500 est classiquement occupé par un ou plusieurs planchers horizontaux. Ce tronçon 500 est classiquement équipé d'au moins quatre points de manutention définis par quatre ferrures de positionnement. Selon l'invention, ce dispositif D est constitué par une pluralité de chandelles 600 dont l'extrémité en contact avec l'élément de cellules 500 comporte une tête support 610 mobile selon trois axes. Lesdites têtes support 610 viennent en contact avec lesdites ferrures de positionnement du tronçon de cellule 500. La mobilité desdites têtes support 610 autorise la correction du positionnement du tronçon 500 à assembler. Comme illustrées dans le cadre de cette application particulière, non seulement les têtes support 610 sont mobiles selon trois axes mais la pluralité de chandelles 600 assurant le support et le positionnement est également mobile selon l'axe longitudinal défini par le tronçon de cellule fixe 700 sur lequel doit être réalisé l'assemblage du tronçon de cellule 500. Selon un autre mode de réalisation non illustré participant au souci de mobilité des moyens d'assemblage, la pluralité de chandelles assurant le support et le positionnement, est mobile selon au moins trois axes. Comme illustrées, les chandelles 600 sont mobiles selon l'axe longitudinal des tronçons 600 et 700 et sont guidées au moyen de rails parallèles 620 audit axe. Selon un mode de réalisation préféré mais non limitatif et comme pour le mode de réalisation précédemment décrit, ces moyens motorisés que constituent les chandelles 600 et leur tête support 610 sont associés à deux lasers de poursuite qui recherchent de façon automatique les cibles implantées sur les piges de visée présentes sur le tronçon 500 à assembler et la mesure de leur position dans l'espace. Selon un autre mode de réalisation préféré mais non limitatif, le dispositif D comprend au moins un moyen laser d'alignement. Ainsi, les moyens motorisés formant le dispositif D coopèrent avec au moins un laser d'alignement implanté à l'extrémité du tronçon fixe 700 recevant le tronçon mobile à assembler 500 sur lequel sont implantées des cibles autorisant l'acquisition. Selon un autre mode de réalisation préféré mais non limitatif, le dispositif D se compose d'une pluralité de chandelles 600 dont une partie assure le maintien en position fixe d'un tronçon central 700. Un autre groupe de chandelles 600 vient positionner et assurer l'assemblage d'un tronçon mobile 500 à l'avant du tronçon fixe 700 et un troisième groupe de chandelles 600 vient positionner et assurer l'assemblage d'un autre tronçon mobile 500 à l'arrière dudit tronçon fixe 700. Comme pour le premier mode de réalisation du dispositif D permettant de mettre en oeuvre le procédé d'assemblage, un produit logiciel de pilotage assure, après la mise en place des différents éléments de structures 500 et 700 sur les têtes supports des moyens motorisés, la succession d'opérations suivantes : - acquisition des points de mesure sur les éléments, - calcul des corrections à apporter aux têtes supports, - commande et réalisation par les moyens motorisés des déplacements de correction des têtes supports, et à répéter lesdites opérations jusqu'au positionnement requis. On comprend que les dispositifs d'assemblage qui viennent d'être ci-dessus décrits et représentés, l'ont été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci- dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention pris dans ses aspects et dans son esprit les plus larges. Ainsi par exemple, bien que les modes de réalisation ait été décrits sur la base d'ensembles de pièces aéronautiques, il est bien évident que le procédé d'assemblage de l'invention, les dispositifs et le logiciel permettant de le mettre en oeuvre de l'invention peuvent être exploités dans le cadre d'assemblage d'autres structures comme par exemple, les pièces de construction navale. REVENDICATIONS 1. Procédé d'assemblage d'éléments de structures (100,500) de grandes dimensions CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à positionner par des moyens motorisés (200,300, 400) qui peuvent être commandés, les éléments de structure (100,500) à assembler en fonction de la mesure de leur positionnement dans l'espace de sorte que l'assemblage soit réalisé à partir d'un référentiel lié à l'élément à positionner (100,500). 2. Procédé d'assemblage selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à associer les différents éléments (100,500) à des références optiques susceptibles de faire l'objet d'une acquisition par laser qui assure la mesure à distance des positions dans l'espace des différents éléments (100, 500). 3. Dispositif (D) d'assemblage permettant de mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 2, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il est constitué par des moyens motorisés (200, 300, 400) indépendants les uns des autres et mobiles chacun selon au moins un axe venant s'associer à l'élément à assembler (100,500) de façon à réaliser le positionnement et la mise en mouvement commandés dudit élément (100,500). 4. Dispositif (D) selon la revendication 3, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il comprend au moins un moyen laser de lecture de positionnement. 5. Dispositif (D) selon la revendication 3, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il comprend au moins un moyen laser d'alignement. 6. Dispositif (D) d'assemblage d'un élément de voilure (100) sur une cellule d'aéronefs présentant des points de manutention (A, B, C'et C'') selon la revendication 3, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il est constitué par trois moyens motorisés (200,300, 400) indépendants les uns des autres comprenant chacun au moins une tête support (210, 310, 410,420) venant s'associer aux points de manutention (A, B, C'et C'') et mobile selon trois axes de façon à réaliser le positionnement et la mise en mouvement dudit élément de voilure (100) commandés en fonction des mesures réalisées par ledit moyen laser. 7. Dispositif (D) d'assemblage d'éléments de cellules d'aéronef selon la revendication 3, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il est constitué par une pluralité de chandelles (600) dont l'extrémité en contact avec l'élément de cellules comporte une tête support (610) mobile selon trois axes. 8. Dispositif (D) selon la revendication 7, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE la pluralité de chandelles (600) assurant le support et le positionnement, est mobile selon au moins trois axes. 9. Produit logiciel permettant de mettre en oeuvre le procédé et de commander ledit dispositif selon l'ensemble des revendications 1 à 8, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il consiste à assurer, après la mise en place des différents éléments de structures (100,500) sur les têtes support (210,310, 410,420, 610) des moyens motorisés (200,300, 400,600), la succession d'opérations suivantes : - acquisition des points de mesure sur les éléments (100, 500), - calcul des corrections à apporter aux têtes supports (210,310, 410,420, 610), - commande et réalisation par les moyens motorisés (200, 300,400, 600) des déplacements de correction des têtes supports (210,310, 410,420, 610), et à répéter lesdites opérations jusqu'au positionnement requis. SOCOA SOCIÉTÉ DE CONCEPTION ET CONSTRUCTION D'OUTILLAGES AÉRONAUTIQUES PAR PROCURATION Cabinet DELHAYE