Brevet FR2843319A1 — publié le 20040213

Outil à pilote de centrage rétractable pour le positionnement de pièces, en particulier pour usinaqe ou assemblage de 5 pièces de structure ou de carrosserie de véhicule automobile L'invention se rapporte au domaine des outils de positionnement de pièces, en particulier de pièces de structure ou de carrosserie de véhicule automobile. 10 Ces outils sont utilisés dans l'industrie pour positionner des pièces à usiner ou pour mettre en référence des pièces à assembler. Ils trouvent en particulier une application dans les chaînes d'usinage et d'assemblage d'éléments de struc15 ture ou de carrosserie de véhicules automobiles. Ces outils de positionnement peuvent être montés soit sur un banc d'usinage ou d'assemblage fixe, soit à l'extrémité d'un bras de robot, sur une palette mobile, sur un convoyeur aérien ou au sol, etc. Plus précisément, l'invention concerne un outil de positionnement d'une pièce possédant au moins deux trous de centrage pour son référencement dans un plan donné, généralement un plan horizontal. L'outil comporte alors des "portepilotes" 25 correspondant aux trous de centrage, chacun des portepilotes supportant un "pilote", c'est-à-dire une broche qui vient se loger dans un trou correspondant de la pièce, et comporte des moyens moteurs pour entraîner en translation le pilote entre une position sortie ou déployée, o le pilote 30 est logé de manière ajustée dans le trou, et un position rentrée ou rétractée, qui laisse dégagée la pièce pour permettre sa mise en place ou son retrait du poste d'usinage. Cette manoeuvre est schématisée sur la figure 1, o l'on a 35 représenté en 10 la pièce à référencer, avec ses deux trous de centrage 12 placés en vis-à-vis des porte-pilotes 14. Chaque porte-pilote se présente sous la forme d'un corps 16 dont peut émerger, sur commande d'un opérateur ou d'un automate, la broche ou pilote 18 (flèche 20), jusqu'à venir se loger dans le trou de centrage 12. Deux fonctionnements sont possibles: les pilotes 18 peuvent être sortis après mise en place de la pièce sur son support 5 d'usinage ou de montage (support non représenté); ou, en variante, les pilotes peuvent être sortis avant que la pièce ne soit mise en place sur ce support. On notera que les pilotes ne servent qu'au référencement de 10 la pièce dans un plan perpendiculaire à l'axe des pilotes, c'est-à-dire dans le plan horizontal dans l'exemple de la figure 1, le référencement en hauteur de la pièce étant assuré par son support d'usinage ou de montage sur lequel elle repose, et non par les pilotes. 15 Plus précisément, le pilote est une pièce cylindrique terminée par une extrémité conique, avec un angle au sommet typiquement de l'ordre de 15 , pour faciliter l'introduction du pilote dans le trou de centrage et son extraction de ce 20 trou. Le pilote est guidé de manière précise sur toute sa course de déplacement, qui est généralement la course de translation de la tige d'un vérin pneumatique ou électrique. 25 L'une des difficultés rencontrées tient au fait que les pilotes s'usent rapidement lors des mouvements de sortie aussi bien que lors des mouvements de retrait, en frottant contre les bords des trous de centrage des pièces. Cette usure est 30 accentuée par le fait que la pièce à centrer, typiquement une tôle de carrosserie, peut travailler du fait par exemple des dilatations thermiques, ou encore présenter des tolérances sur l'entraxe entre les trous de centrage, phénomènes qui viennent accentuer le frottement des pilotes contre les 35 bords de ces trous. Pour pallier ces inconvénients, on réalise le pilote dans un matériau très résistant; on peut également "dégraisser" l'un des pilotes, c'est-à-dire former localement des méplats sur une partie au moins du pilote par enlèvement de matière, pour limiter le contact en deux régions du trou de centrage circulaire, entre ce pilote et le trou. On introduit ainsi 5 un certain degré de liberté dans le plan radial, c'est-àdire le plan perpendiculaire à l'axe de translation du pilote, sans affecter de façon notable la précision du positionnement de la pièce. Ces mesures se révèlent toutefois insuffisantes et le pilote reste une pièce d'usure, qui est montée amovible sur le porte-pilote et doit être remplacée fréquemment si l'on souhaite maintenir une bonne précision de positionnement de la s piece. Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient, par un moyen permettant de pallier le phénomène de frottement entre le pilote et le trou de centrage pendant les mouvements d'introduction et de retrait du pilote. 20 L'idée de base de l'invention consiste à monter flottant le pilote pendant l'essentiel de la course et ne le guider précisément qu'à la fin du mouvement de sortie - ou, de manière correspondante, qu'au début du mouvement de retrait. De la 25 sorte, pendant la majeure partie de la course le pilote ne sera pas guidé de manière précise, autorisant donc un certain débattement latéral (dans le plan radial), et diminuant ainsi notablement les frottements et, par voie de conséquence, l'usure du pilote. Plus précisément, l'invention propose à cet effet un outil pour le positionnement de pièces d'un type général connu, comportant: un corps d'outil, relié au poste d'usinage ou d'assemblage; un ensemble mobile par rapport à ce corps, 35 comportant un équipage mobile apte à faire saillie hors du corps et solidaire d'un porte-pilote sur lequel est monté un pilote de centrage apte à coopérer avec un trou de centrage de la pièce à positionner; et des moyens d'entraînement, pour entraîner et guider en translation axiale ledit équipage mobile entre une position sortie, o le pilote pénètre dans le trou de centrage de la pièce, et une position rétractée laissant la pièce dégagée. Selon l'invention, cet outil est caractérisé en ce que les moyens d'entraînement comportent des moyens de guidage aptes à assurer un guidage précis de l'équipage mobile seulement sur une partie de sa course le long du mouvement de transla10 tion axiale, au voisinage de ladite position sortie, l'équipage mobile étant sur le reste de la course monté flottant avec possibilité de débattement latéral, dans un plan radial perpendiculairement à la direction d'entraînement, sur la majeure partie de la course de translation axiale. 15 Très avantageusement, les moyens de guidage sont des moyens également aptes à immobiliser en rotation axiale l'équipage mobile sur toute la course de translation axiale. Dans une mise en oeuvre préférentielle, les moyens de guidage comprennent au moins deux pièces de guidage logées à l'intérieur du corps, de part et d'autre de l'équipage mobile, ces pièces de guidage étant entraînées en translation axiale en même temps que l'équipage mobile et étant pourvues de surfa25 ces convexes aptes à coopérer, en fin de course, avec des surfaces concaves homologues fixes solidaires du corps de l'outil. Les surfaces des pièces de guidage peuvent être notamment 30 des surfaces tronconiques, ou cylindriques. Pour immobiliser en rotation axiale l'équipage mobile les pièces de guidage sont avantageusement pourvues en outre, dans leur région en vis-àvis de l'équipage mobile, d'un mé35 plat s'étendant dans un plan parallèle à l'axe de l'outil et apte à coopérer avec un méplat homologue formé sur l'équipage mobile. En variante, les pièces de guidage et l'équipage mobile peuvent être logés ensemble dans un trou du corps d'outil présentant en section droite une forme oblongue. Dans une forme de mise en ouvre préférentielle, les moyens d'entraînement comprennent des moyens moteurs entraînant en rotation un axe fileté reçu dans un écrou monté flottant avec jeu transversal dans une cage solidaire en translation de l'équipage mobile. Enfin, les moyens d'entraînement peuvent avantageusement comprennent des moyens moteurs montés dans un étage de puissance, et en ce que le corps avec l'ensemble mobile et les moyens de guidage sont montés dans un étage mécanique accou15 plé de manière séparable à l'étage de puissance. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de deux exemples de réalisation, donnés à titre illustratif en réfé20 rence aux figures annexées, sur lesquelles les mêmes références numériques désignent des éléments identiques ou fonctionnellement semblables. Sur ces figures: - la figure 1, précitée, est une vue schématique illustrant 25 la manière dont la pièce pourvue de ses trous de centrage peut être positionnée au moyen de pilotes coopérant avec ces trous; - la figure 2 est une vue en coupe d'un porte-pilote et d'un 30 pilote selon l'invention, le pilote étant en position sortie, en fin de course; - la figure 3 est une vue en coupe dans un plan radial, selon III-III de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe dans un plan radial, selon IV-IV de la figure 2; - la figure 5 est une vue en plan schématique partielle de la partie repérée V-V de la figure 2; - la figure 6 est homologue de la figure 2, pour une va5 riante de réalisation du porte-pilote selon l'invention; et - les figures 7, 8 et 9 sont des vues en coupe radiale, respectivement selon VII-VII, VIII-VIII et IX-IX de la figure 6. Les figures 2 à 5 illustrent une première forme de réalisation de l'outil de centrage selon l'invention. Sur ces figures, le pilote 18, monté de manière amovible sur son portepilote 16, est représenté en position sortie, à savoir la 15 position dans laquelle il assure sa fonction de référencement, c'est-à-dire que sa partie cylindrique est entièrement introduite dans l'orifice 12 de la pièce 10. On a également représenté en 22 la position relative de la 20 pièce 10 par rapport au pilote 18 lorsque ce dernier est en position partiellement sortie, o seule la partie conique du pilote 18 a commencé à pénétrer dans le trou de centrage 12. Comme on l'a indiqué plus haut, le pilote 18 est monté amo25 vible sur le porte-pilote 16, par exemple par mise en place dans un logement approprié de ce dernier et serrage d'un écrou 24. Ceci permet d'échanger aisément le pilote indépendamment du reste de l'outil, et de réaliser ce pilote en un matériau différent, beaucoup plus dur et résistant aux frot30 tements. Le porte-pilote 16 est solidaire d'un équipage 26 mobile en translation axiale par rapport à un corps 28 fixe, ce corps 28 étant par exemple solidaire du poste de travail o la 35 pièce doit être usinée, ou bien monté à l'extrémité du bras d'un robot, etc. Le corps 28 avec l'équipage mobile 26, le porte-pilote et les différentes pièces contenues dans le corps et que l'on décrira par la suite, constituent un étage mécanique 30 accouplé à un étage de puissance 32 pourvu de moyens permettant d'entraîner l'équipage mobile dans son mouvement de translation. L'étage de puissance 32 es avantageusement un étage électrique, évitant ainsi les problèmes inhérents aux vérins pneumatiques - bien que cette dernière solution puisse être en10 visagée comme moyen d'entraînement du porte-pilote de l'invention. L'étage de puissance 32 est assemblé en 34 à l'étage mécanique 30, de manière démontable afin de pouvoir assurer l'in15 terchangeabilité de l'un ou l'autre des étages mécaniques 30 ou de puissance 32: en cas de défaillance de l'un quelconque de ces étages, il suffit simplement de le démonter pour le remplacer par un étage neuf. Ceci permet de minimiser les temps d'immobilisation lors des opérations de rem20 placement, ce qui est particulièrement avantageux dans le cas d'une chaîne d'assemblage de véhicules automobiles, qu'il n'est pas possible d'arrêter pour remplacer un outillage défectueux. L'étage de puissance 32 comporte un moteur électrique 36 dont l'axe de sortie est coaxial à l'axe général de l'outil. Le moteur 36 est de préférence un moteur sans balai, alimenté en courant continu et en basse tension; il est piloté selon une loi prédéterminée permettant de définir de manière 30 précise le déplacement du portepilote et donc du pilote par rapport à la pièce à référencer. Le moteur 36 est relié à l'étage mécanique 30 par un accouplement 38, avantageusement un accouplement démontable à 35 liaison élastique pour permettre une séparation aisée des deux étages de puissance 32 et mécanique 30. L'accouplement 38 peut au surplus être muni d'un limiteur de couple permettant d'éviter notamment un endommagement du moteur 36 en cas de blocage ou de forçage des pièces de l'étage mécanique 30 entraîné par ce moteur. L'accouplement 30 entraîne en rotation un volant en forme de 5 molette 42, qui peut être si nécessaire actionnée manuellement par des ouvertures latérales 44 formées dans le corps 28 en cas d'incident de fonctionnement, notamment pour permettre une rétractation à la main du porte-pilote en cas de panne de l'étage de puissance 32. 10 La molette 40 est solidaire en rotation d'un axe fileté 46, qu'elle entraîne en rotation axiale, dans un sens ou dans l'autre, lorsque le moteur 36 est alimenté. Cet axe fileté 46 est reçu dans un écrou 48 monté flottant dans une cage 50 solidaire en translation de l'équipage mobile 26 mais autorisant un certain jeu transversal (c'est-àdire dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation) entre l'ensemble tige 46-écrou 48, d'une part, et l'ensemble cage 20 50-équipage mobile 26 d'autre part. Par ailleurs, la cage 48, liée à l'équipage 26, empêche toute rotation de l'écrou 48 sur lui-même. Grâce à cette configuration, le mouvement de rotation du mo25 teur 36, transmis à la molette 40 et à l'axe fileté 46, est transformé en un mouvement de translation axiale de l'écrou 48 (dont la rotation est empêchée par la cage 50), donc en un mouvement de translation axiale de l'équipage mobile 26, et enfin du porte-pilote 16 et du pilote 18 sur un course 30 totale x. Il est prévu par ailleurs des pièces de guidage 54, spécifiques de l'invention, que l'on va décrire maintenant plus en détail. Ces pièces, au nombre de deux dans l'exemple illus35 tré, sont logées à l'intérieur du corps 28, de part et d'autre de la partie arrière 52 de l'équipage mobile, c'est-àdire la partie située axialement entre la cage 50 et la partie faisant saillie hors du corps 28 et reliée au porte- pilote 16. Ces pièces de guidage 54 sont liées à l'équipage mobile 26, au voisinage de la cage 50, par des goupilles 56 s'étendant 5 généralement dans un plan radial (voir notamment figure 3) et accouplant les deux pièces de guidage 54 à la partie arrière 52 de l'équipage mobile 26 traversée de part en part par ces goupilles 56. Les pièces de guidage 54 ont, dans la forme de réalisation illustrée figure 2 à 5, une forme partiellement tronconique, les surfaces convexes coniques 58 de ces pièces de guidage 54 étant susceptibles de coopérer, lorsque l'équipage mobile est proche de sa position entièrement sortie, avec des sur15 faces concaves coniques homologues 60 usinées sur un couvercle 62 rendu solidaire du corps 28, par exemple au moyen de vis de blocage telles que 64. Ces pièces 54 sont en outre pourvues, dans leur région en 20 vis-à-vis de la partie arrière 52 de l'équipage mobile 26, d'un méplat 59 s'étendant dans un plan parallèle à l'axe de l'outil et destiné à venir en appui contre un méplat homologue 61 formé sur cette partie 52 pour empêcher tout mouvement de rotation de l'équipage mobile 26 et donc du porte25 pilote 16 et du pilote 18. Par ailleurs, l'étanchéité entre le corps 28 et la partie émergente de l'équipage mobile 26 est assurée par un joint racleur 66, avec un jeu latéral à cet endroit. De plus, un 30 soufflet 68 vient avantageusement isoler de l'environnement extérieur le porte-pilote 16 et la partie émergeante de l'équipage mobile 26. Lorsque le porte-pilote est en position entièrement rétrac35 tée, la cage 50 se trouve dans la position illustrée en trait mixte en 70, les pièces de guidage 54 se trouvant alors en 72, en retrait par rapport aux surfaces coniques concaves 60. Pendant une première phase correspondant à la majeure partie de la course de sortie x de l'équipage mobile 26, du fait de l'absence de contact entre les pièces de guidage 54 et les 5 surfaces homologues concaves 60, l'équipage mobile 26 va se trouver déplacé en translation avec un certain degré de liberté latéral (c'est-à-dire dans un plan radial par rapport à l'axe central correspondant au mouvement de translation), du fait du montage flottant de l'écrou 48 dans la cage 50 et 10 du jeu naturel existant au niveau du joint racleur 66. En d'autres termes, un certain débattement latéral est autorisé pendant la majeure partie de la phase de pénétration du pilote 18 dans le trou de centrage 12 de la pièce 10, ce qui 15 a pour effet de diminuer notablement les frottements entre le pilote 18 et le trou de centrage 12 pendant cette phase de mise en ouvre de l'outil. En revanche, en fin de course, lorsque l'équipage est proche 20 de sa position entièrement sortie, les surfaces coniques convexes 58 des pièces de guidage 54 viennent progressivement en contact avec les surfaces coniques concaves homologues 60 des pièces 62 solidaires du corps fixe 28, procurant un guidage précis de l'équipage mobile et, par voie de 25 conséquence, du pilote 18, pendant la phase terminale du mouvement, assurant ainsi un référencement optimal de la pièce pour son usinage ou son assemblage. Inversement, après usinage ou assemblage, lors de la course 30 de retour à la position rétractée le débattement latéral permettra de retirer le pilote du trou de centrage en minimisant les efforts de frottement et donc l'usure de l'outil pendant la majeure partie de cette phase de retrait. Diverses variantes de mise en oeuvre peuvent bien entendu être envisagées. Ainsi, comme illustré figures 6 à 9, le porte-pilote et l'équipage mobile peuvent être réalisés sous forme d'une pièce monobloc 74. D'autre part, les pièces de guidage 54 peuvent être des pièces dont les surfaces de guidage 76 sont des surfaces non plus coniques mais cylindriques, coopérant 5 avec des surfaces cylindriques concaves homologues 78 formées dans le couvercle 62 solidaire du corps fixe 28. Pour empêcher tout mouvement de rotation de l'équipage 74, celuici est logé avec les pièce cylindriques 54 dans un trou 80 présentant, en section droite, une forme oblongue comme il10 lustré notamment sur la figure 8. De plus, comme dans le mode de réalisation précédent, les pièces 54 sont reliées par des goupilles 56 à l'équipage mobile 74, de manière à immobiliser celui-ci en rotation tout 15 en permettant la transmission du mouvement de translation axiale de l'écrou 48 sous l'effet de la rotation de l'axe fileté 46. Le montage de cet écrou 48 sur l'axe fileté 46 est fait avec un jeu suffisant pour autoriser le débattement latéral recherché, au niveau du joint racleur 66, pendant la 20 majeure partie de la course de sortie de l'équipage mobile portant le pilote. Revendications 1. Outil pour le positionnement de pièces, en particulier pour un poste d'usinage ou d'assemblage de pièces de struc5 ture ou de carrosserie de véhicule automobile, comportant: - un corps d'outil (28), relié au poste d'usinage ou d'assemblage, - un ensemble mobile par rapport à ce corps, comportant un 10 équipage mobile (26) apte à faire saillie hors du corps et solidaire d'un porte-pilote (16) sur lequel est monté un pilote de centrage (18) apte à coopérer avec un trou de centrage (12) de la pièce (10) à positionner, et - des moyens d'entraînement, pour entraîner et guider en 15 translation axiale ledit équipage mobile (26) entre une position sortie, o le pilote pénètre dans le trou de centrage de la pièce, et une position rétractée laissant la pièce dégagée, outil caractérisé en ce que les moyens d'entraînement comportent des moyens de guidage aptes à assurer un guidage précis de l'équipage mobile (26) seulement sur une partie de sa course (x) le long du mouvement de translation axiale, au voisinage de ladite position sortie, l'équipage mobile étant 25 sur le reste de la course monté flottant avec possibilité de débattement latéral, dans un plan radial perpendiculairement à la direction d'entraînement, sur la majeure partie de la course de translation axiale. 2. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de guidage sont des moyens également aptes à immobiliser en rotation axiale l'équipage mobile (26) sur toute la course de translation axiale. 3. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de guidage comprennent au moins deux pièces de guidage (54) logées à l'intérieur du corps, de part et d'autre de l'équipage mobile (26), ces pièces de guidage étant en- traînées en translation axiale en même temps que l'équipage mobile et étant pourvues de surfaces convexes (58; 76) aptes à coopérer, en fin de course, avec des surfaces concaves homologues (60; 78) fixes solidaires du corps de l'outil. 4. Outil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les surfaces des pièces de guidage sont des surfaces tronconiques (58). 5. Outil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les surfaces des pièces de guidage sont des surfaces cylindriques (76). 6. Outil selon les revendications 2 et 3 prises en combinai15 son, caractérisé en ce que les pièces de guidage sont en outre pourvues, dans leur région (52) en vis-à-vis de l'équipage mobile (26), d'un méplat (59) s'étendant dans un plan parallèle à l'axe de l'outil et apte à coopérer avec un méplat homologue (61) formé sur l'équipage mobile (26). 20 7. Outil selon les revendications 2 et 3 prises en combinaison, caractérisé en ce que les pièces de guidage (54) et l'équipage mobile (26) sont logés ensemble dans un trou (80) du corps d'outil présentant en section droite une forme 25 oblongue. 8. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement comprennent des moyens moteurs (36) entraînant en rotation un axe fileté (46) reçu dans un écrou 30 (48) monté flottant avec jeu transversal dans une cage (50) solidaire en translation de l'équipage mobile (26). 9. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement comprennent des moyens moteurs (36) 35 montés dans un étage de puissance (32), et en ce que le corps (28) avec l'ensemble mobile (12, 16, 26) et les moyens de guidage sont montés dans un étage mécanique (30) accouplé de manière séparable (34, 38) à l'étage de puissance.