Brevet FR2892333A1 — publié le 20070427

La présente invention concerne un système de repérage positionnel d'une machine tridimensionnelle de me-sure ou d'usinage dans un référentiel fixe. La machine tridimensionnelle concernée pourra être indifféremment une machine de mesure notamment à bras articulés, ou une machine d'usinage, en particulier une fraiseuse multi-axes. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Dans le domaine particulier des véhicules automo- biles, on peut avoir besoin de repérer différents points d'une carrosserie de véhicule automobile accidentée 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 tridimen- sionnel associé à un bâti de référence, plus communément appelé "marbre". De même, dans le cas d'un robot d'usinage, il est intéressant de pouvoir facilement repérer les points de la carrosserie de véhicule automobile qui nécessitent un usinage particulier, tel que fraisage ou perçage. On pourra à ce titre se référer aux documents FRA-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 pi-voter 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, comme décrit dans le document WO-A-95/06479. On pourra également se référer au document US-A-6 611 346 de la demanderesse, dans lequel est décrit un système de repérage positionnel utilisant des douilles interactives qui sont intégrées dans la paroi de support. Les systèmes précités donnent toute satisfaction au niveau de la précision, mais restent très contrai- gnants lorsque la machine de mesure ou d'usinage doit être fréquemment déplacée par rapport à l'objet mesuré, en particulier une carrosserie de véhicule automobile. En effet, il convient de recommencer à chaque fois le processus de repérage pour connaître la machine dans le référentiel de la pièce, ou la pièce dans le ré- férentiel de la machine. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour but de concevoir un système de repérage positionnel ne présentant pas les inconvénients des systèmes précités, et qui soit en particulier agencé pour permettre des déplacements fréquents de la machine de mesure ou d'usinage par rapport à la pièce concernée, sans rencontrer les contraintes mentionnées plus haut. DEFINITION GENERALE DE L'INVENTION Le problème technique précité 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 essentiellement plane associée à un socle de machine, ledit système comportant : - une première embase destinée à reposer en un point repéré de la paroi de support associée au socle de machine, ladite embase étant équipée supérieurement d'une plate-forme d'appui à indexage angulaire autour d'un axe central qui est perpendiculaire à ladite paroi de support lorsque ladite première embase est en place ; - une deuxième embase, identique à la première embase, destinée à reposer en un point repéré d'une sur-face de support associée au référentiel fixe ; - un ensemble multi-axes à deux bras articulés accouplés, et à deux bases d'extrémité accouplées auxdits bras et dont les faces inférieures sont adaptées pour un appui direct et repéré angulairement sur la plate-forme d'appui de l'une respective des première et deuxième em- bases, chaque base d'extrémité ayant un axe principal qui est confondu avec l'axe central de l'embase concernée lorsque ladite base d'extrémité est en place, ledit en-semble multi-axes étant en outre équipé de codeurs angulaires intégrés mesurant les angles de rotation respec- tifs autour de chacun de ses axes. Ainsi, si le socle de la machine est déplacé, par exemple en roulant sur une surface de plancher, l'ensemble multi-axes à deux bras articulés se déforme naturellement en suivant le déplacement dudit socle, et tous ces déplacements sont automatiquement calculés grâce aux codeurs angulaires intégrés dans l'ensemble multi-axes. On dispose alors d'un système suiveur qui procure une souplesse optimale. De préférence, la première embase est fixée sur le socle de machine, et la deuxième embase est fixée sur une barre horizontale elle-même fixée sur une surface de plancher. En particulier, la barre horizontale est agencée pour recevoir une pluralité de deuxièmes embases, notamment une deuxième embase au voisinage de chacune de ses extrémités. Ainsi, dans le cas d'une pièce de carrosserie automobile, on pourra fixer une telle barre sous la carrosserie de façon que les extrémités de ladite barre dépassent de la largeur de ladite carrosserie, la mise en place de l'ensemble multi-axes pouvant alors être très rapidement effectuée d'un côté ou de l'autre de cette carrosserie. Conformément à un mode d'exécution avantageux, l'ensemble multi-axes est à sept axes, et est équipé de sept codeurs angulaires intégrés associés. Avantageusement alors, l'ensemble multi-axes com- porte une chape d'extrémité articulée reliant un bras à la première base d'extrémité, une chape d'extrémité articulée reliant l'autre bras à la deuxième base d'extrémité, et une chape centrale articulée reliant les deux bras entre eux. On pourra alors prévoir que chaque bras comporte un tronçon central constitué par un tube creux intercalé entre deux tronçons de bras dont l'un reçoit le codeur angulaire mesurant l'angle de rotation autour de l'axe longitudinal dudit bras. Avantageusement alors, chaque tronçon central est choisi parmi un jeu de tubes creux de longueurs différentes. Il sera par ailleurs intéressant de prévoir que les liaisons entre chaque tronçon central et les tronçons de bras associés sont des liaisons d'accouplement à dé-montage rapide, et que la liaison entre chaque chape d'extrémité et la base d'extrémité associée est une liai-son vissée à démontage rapide. De préférence enfin, chaque base d'extrémité est équipée d'un boîtier de commande et/ou d'alimentation autonome. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre et des dessins annexés, concer- nant un mode d'exécution particulier. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux figures des dessins annexés où : - la figure 1 est une vue en perspective illus- trant un système de repérage positionnel conforme à l'invention associé à une machine tridimensionnelle d'usinage destinée à travailler sur une carrosserie de véhicule automobile représentée schématiquement ; - la figure 2 illustre le même système après dé- placement du socle de la machine par rapport à la carros- serie de véhicule automobile, l'ensemble multi-axes à deux bras articulés accouplés s'étant alors déformé en suivant le déplacement dudit socle ; - la figure 3 est une vue analogue illustrant une barre horizontale supportant deux embases, en vue d'une mise en place du système de repérage et d'un travail de la machine d'usinage d'un côté ou de l'autre de la car-rosserie de véhicule automobile ; - la figure 4 est une vue en perspective illustrant le système de repérage positionnel isolé, dont les bras forment un angle aigu ; - la figure 5 est une vue analogue à la précédente, montrant une autre conformation de l'ensemble multi-axes à deux bras, dont les bras forment un angle obtus - la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 4, mais montrant les composants principaux en vue éclatée, afin notamment d'illustrer la structure modulaire des deux bras de l'ensemble multi-axes ; - la figure 7 est une vue en perspective illustrant une embase du système de repérage positionnel selon l'invention, qui est surmontée d'une plaque inférieure d'appui faisant partie d'une base d'extrémité du système de repérage ; - la figure 8 est une vue analogue à celle de la figure 7, montrant la plaque d'appui en position sur l'embase associée. DESCRIPTION DETAILLEE DU MODE DE REALISATION PREFERE La figure 1 permet de distinguer une machine tridimensionnelle M à bras articulés, qui est en l'espèce un robot de fraisage destiné à intervenir sur une carrosserie de véhicule automobile C. La machine d'usinage M comporte une base 1 sur-montée d'une tourelle 2 pouvant tourner autour d'un axe essentiellement vertical 30, et équipée d'un bras 3 monté pour pivoter autour d'un axe essentiellement horizontal 31. Le bras 3 est à son tour équipé d'un ensemble fonctionnel 4 monté pour pivoter autour d'un axe 32, et pré-sentant un bras 5 d'axe longitudinal 6, ledit bras se terminant par une chape 7 montée pour tourner autour de l'axe 6, et également autour d'un axe transversal 33. La chape d'extrémité 7 est enfin équipée d'un outil d'usinage 9, par exemple une fraise rotative, montée pour tourner autour d'un axe 34. La base 1 de la machine M repose sur une paroi essentiellement plane 11 qui est associée à un socle de machine 12, ici réalisé sous la forme d'un ensemble cruciforme, avec des plots d'extrémité 13 se terminant par des éléments de roulement 14, le socle 12 en forme de croisillon cruciforme étant serré inférieurement et supérieurement par des plaques 15 assurant une fixation stable de la base 1 de la machine M. Sous la carrosserie de véhicule C, on distingue une barre horizontale 20 présentant supérieurement une surface de support 21 qui est associée au référentiel fixe, la barre horizontale 20 étant elle-même fixée sur une surface de plancher SP. On va maintenant décrire plus en détail le système de repérage positionnel noté 100 conforme à l'inven- tion, qui permet de repérer la machine M dans un référentiel fixe, et ce même en cas de déplacement du socle 12 de ladite machine. Comme cela est visible sur la figure 1, il est prévu une première embase 101 destinée à reposer en un point repéré de la paroi de support 11 associée au socle de machine 12, ladite embase étant équipée supérieurement d'une plate-forme d'appui à indexage angulaire autour d'un axe central et perpendiculaire à ladite paroi de support lorsque ladite première embase est en place. En l'espèce, cette première embase 101 est fixée, en par- ticulier boulonnée, sur l'une des branches du socle 12 cruciforme. L'axe central précité est alors confondu avec un axe Xl qui est ici vertical. Une deuxième embase 102, identique à la première embase 101, est également prévue, en étant destinée à re- poser en un point repéré de la surface de support 21 associée au référentiel fixe. L'axe central de cette deuxième embase 102 est alors confondu avec un axe X7, qui est ici également vertical. Comme on le verra par la suite en référence à la figure 4, le système de repérage permet une utilisation avec des embases 101, 102 en appui sur des plans qui ne sont pas parallèles entre eux, auquel cas les axes Xl et X7 précités ne sont pas parallèles. Le système de repérage positionnel 100 comporte également, en plus des embases 101 et 102, un ensemble multiaxes 110 à deux bras articulés accouplés 113, 115 et à deux bases d'extrémité 111, 117 accouplées auxdits bras. En l'espèce, l'ensemble multi-axes 110 est à sept axes, et il comporte une chape d'extrémité articulée 112 reliant le bras 113 à la première base d'extrémité 111, une chape d'extrémité articulée 116 reliant l'autre bras 115 à la deuxième base d'extrémité 117, et une chape centrale articulée 114 reliant les deux bras 113, 115 entre eux. Les faces inférieures des bases d'extrémité 111, 117 sont adaptées pour un appui direct et repéré angulairement sur la plate-forme d'appui de l'une respective des première et deuxième embases 101, 102, et chaque base d'extrémité 111, 117 a un axe principal X1, X7 qui est confondu avec l'axe central de l'embase 101, 102 concernée lorsque ladite base d'extrémité est en place. De plus, comme cela sera exposé plus en détail ci-après, l'ensemble multi-axes 110 est en outre équipé de codeurs angulaires intégrés mesurant les angles de rotation res- pectifs autour de chacun de ses axes, c'est-à-dire en l'espèce sept codeurs angulaires intégrés associés à chacun des sept axes. Pour une meilleure compréhension de l'appui de chaque base d'extrémité sur une embase 101 ou 102, on va se référer aux figures 7 et 8. L'embase 101 ou 102 comporte un corps cylindrique 120 d'axe central XC, présentant une semelle d'appui 121 avec des moyens de boulonnage 129 sur la surface d'appui associée, en l'espèce la face supérieure 21 de la barre horizontale 20 précitée ou la surface d'appui 11 associée au socle 12 de la machine M. Le corps cylindrique 120 est surmonté d'une plate-forme d'appui 122, dont la face supérieure est équipée de trois doigts 123 disposés à 120 , et dont la surface est en saillie par rapport au plan de la face supérieure de ladite plate-forme d'appui. L'embase 101 ou 102 comporte en outre un arbre central 124 monté pour tourner autour de l'axe central XC, et présentant une extrémité filetée extérieurement 127 qui débouche supérieurement. L'arbre 124 peut être mis en rotation autour de son axe XC grâce à un organe de manoeuvre 125, qui est accessible par une fenêtre 128, et peut être dé-placé grâce aux perçages radiaux 126 permettant l'insertion d'un outil adapté. On distingue également sur les figures 7 et 8 une plaque 130 qui est en fait le composant inférieur de chaque base d'extrémité 111 ou 117. La plaque 130 comporte un moyeu central 131 avec un filetage intérieur 132 adapté pour un vissage sur le filetage 127 de l'arbre 124. La face inférieure 135 de la plaque 130 présente trois enco- ches en V 133 destinées à coopérer avec les trois doigts 123 précités. En position d'appui, comme cela est illustré sur la figure 8, la plaque 130 repose par ses encoches en V 133 sur les trois doigts 123, sans contact entre les faces annulaires en regard. La fixation est assu- rée par un vissage de la partie filetée 127, jusqu'à un serrage assurant un repérage précis garantissant l'isostatisme, et assurant la précision du repérage par rapport à la surface d'appui. Ainsi, une fois les deux bases d'extrémité 111, 117 fixées et repérées sur les embases 101, 102, on dispose d'un système articulé qui peut être déformé au gré des déplacements du socle 12 de la machine M. Les codeurs angulaires intégrés dans l'ensemble multiaxes 110 permettent de mesurer automatiquement les angles de rotation respectifs autour de chacun des axes concer- nés, de sorte qu'il est inutile de réinitialiser le processus de repérage à chaque déplacement du socle de la machine. La figure 2 illustre ainsi une nouvelle configuration de l'ensemble multi-axes 110 dont les bras articu- lés accouplés 113, 115 forment maintenant un angle obtus. Pour plus de commodité, comme cela est illustré sur la figure 3, il sera prévu que la barre horizontale 20 supporte une autre deuxième embase 102 au voisinage de chacune de ses extrémités. Ainsi, lorsque l'on veut chan- ger de côté d'intervention pour la machine d'usinage, il suffit de désaccoupler la base d'extrémité 117 de son embase 102, puis de déplacer l'ensemble associé au socle de la machine, et enfin de repositionner cette base d'extrémité 117 sur l'autre embase 102 qui est déjà en place sur l'autre extrémité de la barre horizontale 20. Les figures 4 et 5 permettent de mieux distinguer les composants du système de réglage positionnel 100, qui ont été pour la plupart précédemment décrits. On distingue ainsi, en partant de la première em- base 101, la base d'extrémité 111 dont la face inférieure est en appui direct et repéré angulairement sur la plate- forme d'appui de l'embase 101, le plan d'appui étant schématisé en P1. La base d'extrémité 111 comporte un co- deur intégré Cl pour mesurer la rotation de son extrémité 111.1 autour de l'axe Xl de ladite base d'extrémité. La chape d'extrémité articulée 112 peut pivoter autour d'un axe X2, l'angle de rotation étant mesuré par un codeur intégré C2. On trouve ensuite le bras 113, dont l'autre extrémité est reliée à une chape 114 pouvant tourner au- tour de l'axe X3 dudit bras, l'angle de rotation étant mesuré par un capteur intégré C3. L'autre bras 115 est articulé sur la chape 114 en pouvant tourner autour d'un axe X4, l'angle de rotation étant mesuré par un codeur intégré C4 associé à la chape centrale articulée 114. L'autre extrémité du bras 115 est raccordée à la chape d'extrémité articulée 116, qui peut tourner autour de l'axe X5 du bras, l'angle de rotation étant mesuré par le codeur intégré C5. La chape d'extrémité 116 peut tourner autour d'un axe X6 sur la partie haute 117.1 de la base d'extrémité 117, l'angle de rotation étant mesuré par un codeur intégré C6. Enfin, la partie haute 117.1 de la base d'extrémité 117 peut tourner par rapport à ladite base autour d'un axe X7, l'angle de rotation étant mesuré par un codeur intégré C7. La face inférieure de la base d'extrémité 117 est en appui direct et repéré angulaire-ment sur la plate-forme d'appui de la deuxième embase 102, le plan d'appui étant repéré par un plan P7 qui, sur les figures 4 et 5, n'est pas parallèle au plan P1. L'ensemble précité permet d'avoir un repérage du référentiel X, Y, Z associé à la machine, c'est-à-dire en l'espèce à la première embase 101, par rapport à un référentiel fixe X, Y, Z, en l'espèce associé à la deuxième embase 102. On distingue également sur les figures 4 et 5, des boîtiers 111.2, 117.2 qui correspondent à la commande et/ou l'alimentation autonome des bases d'extrémité 111 et 117 respectivement. De préférence, on utilisera des moyens de transmission sans fil (WIFI ou autres) afin d'éviter la présence contraignante de câbles de liaison. La vue éclatée de la figure 6 permet de mieux distinguer les composants séparés, et en particulier de mieux appréhender l'agencement ici modulaire des deux bras 113, 115. En effet, chaque bras 113, 115 comporte un tron-çon central constitué par un tube creux 113.2, 115.2 intercalé entre deux tronçons de bras 113.1, 113.3 et 115.1, 115.3 dont l'un (113.1, 115.1) reçoit le codeur angulaire intégré C3, C5 mesurant l'angle de rotation au-tour de l'axe longitudinal X3, X5 dudit bras. Pour profiter au maximum des avantages d'une telle modularité, on pourra prévoir que chaque tronçon central 113.2, 115.2 est choisi parmi un jeu de tubes creux de longueurs différentes. Ceci permet de s'adapter avec une très grande flexibilité à la situation concer- née. Il sera également avantageux de prévoir que les liaisons entre chaque tronçon central 113.2, 115.2 et les tronçons de bras associés 113.1, 113.3 et 115.1, 115.3 sont des liaisons d'accouplement à démontage rapide. Ceci permet alors soit de ranger aisément l'ensemble multiaxes dans une valise, soit de remplacer un tube creux par un autre tube de longueur différente, et ce à la fois rapidement et sans avoir à réinitialiser le système. Comme cela a été exposé plus haut, la liaison en- tre chaque chape d'extrémité 112, 116 et la base d'extrémité associée 111, 117 est quant à elle une liaison vissée à démontage rapide. On est ainsi parvenu à réaliser un système de repérage positionnel procurant une très grande souplesse, et évitant d'avoir à recommencer les mesures chaque fois que l'on déplace le socle de la machine. Il devient main-tenant possible de déplacer ad libitum le socle de la ma-chine sans avoir à se préoccuper du positionnement correct du capteur de mesure ou de l'outil d'usinage associé à ladite machine par rapport à l'objet, en particulier la carrosserie de véhicule automobile. On aura compris que les deux embases peuvent être en appui sur des plans non parallèles ou de niveaux déca-lés, l'ensemble multi-axes se déformant aisément en trois dimensions pour suivre les déplacement du socle de la ma-chine. 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. En particulier, bien que cela n'ait pas été il-lustré ici, on pourra prévoir des moyens additionnels de support visant à faciliter le maintien des bras dans une position sensiblement horizontale, sans affaissement au niveau de la chape centrale sous l'effet du poids, ce qui sera en général intéressant dans le cas de bras de grande longueur. Ces moyens pourront par exemple comporter une roulette omnidirectionnelle agencée sous la chape centrale et/ou pour l'un au moins des deux bras, un système latéral de support à barre parallèle au bras et à ressort ou vérin d'assistance, comme illustré dans le document US-A-5 189 797 de la demanderesse. REVENDICATIONS 1. Système de repérage positionnel d'une machine tridimensionnelle de mesure ou d'usinage dans un référen- tiel fixe, ladite machine reposant sur une paroi essentiellement plane associée à un socle de machine, caractérisé en ce qu'il comporte : - une première embase (101) destinée à reposer en un point repéré de la paroi de support (11) associée au socle de machine (12), ladite embase étant équipée supérieurement d'une plate-forme d'appui (122) à indexage angulaire autour d'un axe central (XC) qui est perpendiculaire à ladite paroi de support lorsque ladite première embase est en place ; - une deuxième embase (102), identique à la première embase (101), destinée à reposer en un point repéré d'une surface de support (21) associée au référentiel fixe ; - un ensemble multi-axes (110) à deux bras arti- culés accouplés (113, 115), et à deux bases d'extrémité (111, 117) accouplées auxdits bras et dont les faces inférieures (135) sont adaptées pour un appui direct et repéré angulairement sur la plate-forme d'appui (122) de l'une respective des première et deuxième embases (101, 102), chaque base d'extrémité (111 ; 117) ayant un axe principal (X1 ; X7) qui est confondu avec l'axe central (XC) de l'embase (101 ; 102) concernée lorsque ladite base d'extrémité est en place, ledit ensemble multi-axes (110) étant en outre équipé de codeurs angulaires inté- grés (Cl à C7) mesurant les angles de rotation respectifs autour de chacun de ses axes (X1 à X7). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première embase (101) est fixée sur le socle de machine (12), et la deuxième embase (102) est fixée sur une barre horizontale (20) elle-même fixée sur unesurface de plancher (SP). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la barre horizontale (20) est agencée pour recevoir une pluralité de deuxièmes embases (102). 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que la barre horizontale (20) supporte une deuxième embase (102) au voisinage de chacune de ses extrémités. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'ensemble multi-axes (110) est à sept axes (Xl à X7), et est équipé de sept codeurs angulaires intégrés associés (Cl à C7). 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'ensemble multi-axes (110) comporte une chape d'extrémité articulée (112) reliant un bras (113) à la première base d'extrémité (111), une chape d'extrémité articulée (116) reliant l'autre bras (115) à la deuxième base d'extrémité (117), et une chape centrale articulée (114) reliant les deux bras (113, 115) entre eux. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque bras (113 ; 115) comporte un tronçon central constitué par un tube creux (113.2 ; 115.2) intercalé entre deux tronçons de bras (113.1, 113.3 ; 115.1, 115.3) dont l'un (113.1 ; 115.1) reçoit le codeur angulaire (C3 ; C5) mesurant l'angle de rotation autour de l'axe longitudinal (X3 ; X5) dudit bras. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque tronçon central (113.2, 115.2) est choisi parmi un jeu de tubes creux de longueurs différentes. 9. Système selon la revendication 7 ou la reven- dication 8, caractérisé en ce que les liaisons entre chaque tronçon central (113.2, 115.2) et les tronçons de bras associés (113.1, 113.3 ; 115.1, 115.3) sont des liaisons d'accouplement à démontage rapide. 10. Système selon l'une quelconque des revendica- tions 6 à 9, caractérisé en ce que la liaison entre cha-que chape d'extrémité (112 ; 116) et la base d'extrémité associée (111 ; 117) est une liaison vissée à démontage rapide. 11. Système selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que chaque base d'extrémité (111 ; 117) est équipée d'un boîtier de commande et/ou d'alimentation autonome (112.2 ; 117.2).