Brevet FR2920329A1 — publié le 20090306

L'invention concerne principalement le domaine du maintien des pièces à usiner sur des tables de travail. Lors d'opérations d'usinage, d'assemblage ou de transformations de pièces il est nécessaire que l'élément à travailler soit fermement fixé à un support. Cette fixation communément appelée étau ne comporte plus aujourd'hui de mâchoires et a évolué pour permettre le façonnage de pièces complexes et parfois de grandes dimensions comme par exemple des panneaux ou des plaques, dans des matériaux très variés (bois, métaux, polymères, composites, etc... ). Les étaux requis par l'industrie doivent répondre à des contraintes diverses. Dans de nombreuses applications l'élément à maintenir ne comporte pas des dimensions et des formes constantes au cours du temps, l'étau doit donc permettre le positionnement et le maintien de pièces à usiner très variées, ce qui signifie que la surface de fixation de la pièce dans l'étau doit délivrer une force de maintien constante quelle que soit la taille de la pièce et sa géométrie. Une autre contrainte connue pour la réalisation et la conception des étaux est que l'opération de maintien doit être effectuée dans des conditions optimales du point de vue du temps nécessaire, soit pour manoeuvrer la pièce entre deux configurations de l'étau, soit pour permuter les pièces entre l'élément déjà façonné et un élément à usiner, par exemple sur une chaîne de production, de découpe, de perçage, de meulage etc... L'opération de maintien et de relâchement de l'élément à usiner, ainsi que le processus inverse entre le positionnement de la pièce et son immobilisation, devant être effectuée en un minimum de temps pour des raisons évidentes de productivité. Divers dispositifs connus décrits par exemple dans le brevet EP 1 283 760 de la déposante ou le brevet EP 1 082 196 qui présente un système de fixation sous vide de panneaux à usiner au moyen de pistons, ou encore le document EP 505 668 décrivant des moyens à ventouses pour immobiliser les pièces à travailler, répondent mal, voire pas du tout, aux problèmes suivants : - la pièce doit être immobilisée et relâchée en un délai minimum, - le dispositif de maintien ne doit pas gêner l'accès des pièces à usiner de manière à s'insérer aisément dans une chaîne automatisée de transformation, - la consommation d'énergie doit être minimale, - l'étau doit pouvoir maintenir des pièces de tailles variées et surtout des formes complexes, non planes, et en cela les outils disponibles actuellement sont particulièrement mal adaptés. Comme pour les étaux fonctionnant par dépression et connus dans l'art antérieur, le dispositif répondant aux problèmes précédents doit également satisfaire les contraintes générales de ce type d'outil à savoir une répartition satisfaisante de la pression d'aspiration sur la surface de travail et l'obturation optimale des points non recouverts par la surface à maintenir, tout en assurant un coût de fonctionnement réduit du procédé. L'invention a donc pour objectif de résoudre ces principales difficultés en proposant un nouvel étau fonctionnant par aspiration sous vide et comportant un élément pour l'obturation des points de fixation non recouverts par la pièce à maintenir en vue par exemple de son usinage, ou par exemple de son déplacement par un bras d'un robot. La présente invention concerne un étau raccordé à un dispositif d'aspiration de manière à plaquer par dépression une pièce à maintenir sur une surface de travail et l'immobiliser, l'étau étant caractérisé par le fait qu'il présente une plaque de travail au contact de la pièce à immobiliser et une plaque support accolée à ladite plaque de travail, et dans lequel étau : -la plaque de travail est percée d'orifices, chaque orifice étant en communication avec une chambre sous-jacente, - la plaque support comporte un ensemble de chambres, chaque chambre étant en communication avec le dispositif d'aspiration par un conduit, - un moyen d'obturation déplaçable par dépression est présent dans chaque chambre de manière à fermer le conduit lorsque aucune pièce à maintenir n'est disposée au débouché d'un orifice sur la surface de travail. Les avantages de l'étau selon l'invention sont multiples : - le mécanisme de maintien et de relâchement de la pièce est très rapide, quasi-instantané, - l'étau est utilisable pour le maintien de structures planes telles que des panneaux ou des plaques, par exemple, mais aussi pour l'immobilisation de pièces tridimensionnelles et des formes complexes, ce qui est tout à fait nouveau et innovant, cet avantage peut notamment être exploité pour le prototypage rapide des pièces et dans le dispositif de stratoconception� tel que développé par la déposante et décrit dans son brevet EP 585 502, - l'étau tel que décrit dans l'invention peut s'insérer aisément dans une chaîne d'usinage notamment par le fait que la structure de la surface de travail peut être lisse, sans élément mobile, à l'opposé des dispositifs connus de maintien qui font appel à des clapets, des ventouses ou des pistons, - un avantage supplémentaire étant amené par la possibilité d'ajuster une surface de travail adaptée à la pièce à usiner sur la plaque de travail de l'étau, ou par la plaque de travail elle-même, de manière à ce que l'outil puisse fonctionner aussi bien avec des éléments plans à usiner qu'avec des éléments texturés ou tridimensionnels, ce qui n'est pas réalisable dans les étaux connus, - bien évidemment l'étau selon l'invention permet l'obturation efficace des points d'aspiration non recouverts par la surface à immobiliser, évitant en cela des pertes de pression préjudiciables au fonctionnement de l'étau. Le système détecte et s'adapte à la surface utile de maintien, pour une bonne optimisation, d'où une faible consommation d'énergie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés qui ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatifs. La figure 1 présente le principe de fonctionnement de l'étau selon l'invention dans la variante avec un obturateur à bille et avec une pièce à immobiliser et à maintenir dans une position de maintien. Les figures 2 et 3 montrent le principe de fermeture du conduit d'aspiration au moyen d'un obturateur à bille. La figure 4 illustre une deuxième variante de l'invention avec une lamelle d'obturation. La figure 5 présente le maintien d'une pièce à immobiliser avec la variante d'un obturateur à bille et d'un revêtement de surface au-dessus de la plaque de travail. La figure 6 présente le principe de fonctionnement de l'étau pour une variante préférentielle de l'invention dont la surface de travail est une membrane souple servant de moyen d'obturation. La figure 7 est un détail AA de la figure 6. La figure 8 est détail BB de la figure 6. L'étau selon l'invention est raccordé à un dispositif d'aspiration de manière à plaquer par dépression une pièce sur la surface de travail et l'immobiliser. L'étau dans sa forme générale comporte au moins une plaque support accolée à une plaque de travail. La surface de travail est représentée, au sens de l'invention, par l'interface entre la pièce à maintenir et la plaque de travail. La plaque support comporte un ensemble de chambres, chaque chambre étant en communication avec le dispositif d'aspiration par un conduit, lequel conduit traverse la plaque support et est relié à un dispositif générant une dépression, par exemple une pompe à vide. Le conduit tel que décrit dans l'invention peut disposer d'une forme quelconque, c'est à dire de section carrée, ovale ou irrégulière, toutefois la section est de préférence circulaire et donc le conduit de forme cylindrique. La plaque de travail au contact de la pièce à maintenir est percée d'orifices, lesquels orifices étant en communication avec des chambres sous-jacentes reliées avec le dispositif d'aspiration, de telle manière que la dépression générée par le dispositif d'aspiration s'applique à la surface de travail, sous la pièce à maintenir, par l'intermédiaire du conduit d'aspiration puis desdits orifices. Dans le but de fermer les orifices non recouverts par la pièce à maintenir, c'est à dire de manière à fermer le conduit d'aspiration lorsque aucune pièce n'est disposée au débouché du ou des orifices sur la surface de travail, il est prévu que l'étau comporte au moins un obturateur mobile disposé dans chaque chambre pourvue d'un conduit d'aspiration. Plusieurs variantes de l'invention sont possibles selon le type d'obturateur choisi. Les figures 1, 2, 3 et 5 présentent un obturateur à bille tandis que la figure 4 illustre un obturateur à lamelle, et que les figures 6 à 8 concernent une obturation obtenue par déformation d'une membrane, d'autres types d'obturateurs mobiles sont envisageables et compris dans le cadre de l'invention. Selon un exemple avantageux de réalisation de l'invention représenté sur la figure 1 la pièce à maintenir 1 est placée au-dessus de la plaque de travail 2, laquelle plaque de travail est accolée à la plaque support 3 dans laquelle il est aménagé un ensemble de chambres 4. Chaque chambre 4 reliée à un conduit 5 d'aspiration est pourvue d'un obturateur, lequel obturateur est dans cette variante une bille 6. La plaque de travail 2 est percée d'orifices 7 permettant la transmission de la dépression depuis le conduit 5 jusqu'à la face inférieure de la pièce à maintenir 1, et permettre ainsi son immobilisation. Selon l'invention la surface de travail formant interface entre la plaque de travail 2 et la pièce à maintenir 1 peut comporter une structure quelconque, plane, texturée ou présenter un relief tridimensionnel sur tout ou partie, les deux faces de la plaque de travail 2 n'étant de fait pas forcément des plans parallèles. Dans la variante illustrée sur les figures 1, 2, 3 et 5 l'obturateur est formé par une bille 6 de diamètre au moins égal et de préférence sensiblement supérieur au diamètre du conduit d'aspiration 5. Selon l'invention la bille 6 est libre de se déplacer dans la chambre 4 et la chambre 4 est conformée de manière à ce que lorsque aucune dépression n'est appliquée ou lorsque une pièce recouvre l'orifice sus-jacent la bille soit obligatoirement en dehors de l'ouverture du conduit 5. Avantageusement il peut être envisagé que l'ouverture du conduit 5 dans la chambre 4 soit conformée pour favoriser le positionnement d'obturation de la bille, par exemple au moyen d'un alésage de l'ouverture. Selon l'invention la bille se déplace sous l'action de son propre poids dans la position en dehors de l'ouverture du conduit lorsque aucune dépression n'est appliquée ou lorsque une pièce recouvre l'orifice 7 sus-jacent. Ce déplacement par gravité amenant la bille 6, de préférence, dans une position basse de la chambre 4, tel que cela est représenté sur les figures 1 et 2. Lorsque une dépression est appliquée dans le conduit 5 et qu'aucune pièce à maintenir ne recouvre les orifices 7, tel que cela est illustré sur la figure 3, la circulation d'air représentée par les flèches entraîne la bille 4 dans l'ouverture du conduit 5 qui se trouve ainsi obturé. Le flux d'air ne peut plus circuler. Aucune entrée d'air parasite ne perturbe le dispositif, la dépression appliquée sous la pièce à maintenir est constante sur l'ensemble de la surface de l'étau. Lorsque l'aspiration est coupée, et lorsqu'il n'y a pas de pièce sur la surface de travail, la bille 6 retombe dans la partie basse de la chambre 4 sous l'action de son propre poids. En raison de la présence des obturateurs et de l'efficacité du dispositif il peut être envisagé un très grand nombre d'orifices, de chambres et de conduits d'aspiration pour aménager une surface importante de maintien même si les pièces à immobiliser sont de tailles réduites et variables. La figure 4 illustre une autre variante de l'invention dans laquelle l'obturateur est formé par une lamelle 8 déformable maintenue par au moins un côté sur la plaque support 3. Selon l'invention la lamelle 8 se déforme sous l'action de la force d'aspiration pour obturer le conduit 5, laquelle lamelle 8 étant capable de revenir dans une position de repos dans laquelle le conduit 5 n'est pas fermé lorsque aucune dépression n'est appliquée ou lorsque une pièce recouvre l'orifice 7 sus-jacent. La figure 4 illustre les deux positions de la lamelle 8 avec notamment une lamelle 8a dans sa position de repos, lorsque la pièce à maintenir 1 recouvre un orifice 7a, et une lamelle 8b déformée lorsque l'orifice 7b sus-jacent est relié à l'air libre, dans cette dernière configuration la lamelle s'est déformée sous l'action de la dépression et est venue obturer l'ouverture du conduit 5. Comme dans la variante précédente avec un obturateur à bille il peut être envisagé de conformer l'ouverture du conduit 5 pour favoriser le positionnement d'obturation de la lamelle 8. On décrit à présent un mode de mise en oeuvre préférentiel représenté aux figures 6, 7, 8. Selon ce mode de mise en oeuvre la plaque de travail est une plaque mince (2') en matériau déformable sous l'effet d'une dépression d'un coté de la feuille et apte à revenir par élasticité à sa forme initiale en l'absence de différence de pression entre les deux faces de la feuille. Préférentiellement mais non limitativement la plaque (2') est une feuille polymère d'une épaisseur comprise entre 0.1 mm et 5 mm. La plaque (2') est percée d'orifices (7), les orifices (7) n'étant pas axialement alignés avec les conduits (5) de manière qu'une zone non perforée (10) de la plaque de travail se déforme sous l'effet dune dépression dans une chambre (4) sous jacente lorsque aucune pièce à maintenir n'est disposée au débouché de l'orifice (7) correspondant à cette chambre (voir figure 8). La plaque (2') est maintenue à la périphérie de chaque chambre (4) par une pluralité de plots (8) de la plaque support (3) s'engageant dans des perforations (9) de la plaque de travail (2'), lesdits plots réalisant le contact entre la plaque support (3) et la pièce à maintenir (1). Les figures montrent que, lorsque la dépression est mise en route, la pièce à maintenir (1) vient s'appuyer sur les plots (8) entourant une chambre (4) et la zone (10) placée au-dessus de cette chambre ne se déforme pas, tandis que les zones (10) situées au-dessus des chambres non recouvertes par la pièce (1) se déforment et obturent les conduits (7) situés au dessous desdites zones (10) qui se déforment. Selon ce mode préférentiel de mise en oeuvre la feuille déformable fait fonction de plaque de travail, de moyen d'obturation et d'étanchéité autour de la ou les chambre(s) (4) située(s) sous la pièce. Quel que soit l'obturateur envisagé pour les variantes des figures 1 à 5 la zone de jonction entre la plaque support 3 et la plaque de travail 2 est de préférence plane et étanche à l'air. Selon les variantes des figures 1 à 5, et également indépendamment de l'obturateur choisi, la plaque de travail 2 peut être recouverte par un revêtement 11 percé d'ouvertures au droit des orifices 7 qui traversent ladite plaque de travail. De préférence l'épaisseur du revêtement 11 est constante, tel que cela est représenté sur la figure 5, il est cependant également envisagé que le revêtement soit conformé avec un relief et une épaisseur variable pour s'adapter à des pièces à maintenir particulières. De préférence selon l'invention le revêtement 11 est souple ou partiellement déformable de manière à améliorer le maintien de la pièce à immobiliser. Ce revêtement peut être un plastique, une mousse ou un couchage et composé de divers matériaux susceptibles d'améliorer l'étanchéité entre la pièce à maintenir et l'étau et ainsi servir de joint. Outre les divers obturateurs envisageables plusieurs variantes sont possibles, il peut par exemple être imaginé des tailles et des formes variables pour la chambre 4, un nombre plus ou moins important d'orifices 7 transmettant la dépression à la surface de travail, sans sortir du cadre de l'invention. Selon le mode préférentiel de mise en oeuvre des figures 6 à 8, il n'y a pas de pièces mobiles tributaires de la gravité ce qui permet d'augmenter les possibilités de maintien, notamment cela permet d'utiliser l'étau avec une surface de travail à la verticale ou en position oblique par exemple pour des applications en robotiques. La pièce peut même rester maintenue en cas de coupure d'aspiration. La taille de l'étau, l'épaisseur des différentes plaques, la puissance de la dépression et les différents paramètres dimensionnels peuvent être ajustés dans une large plage sans sortir du cadre de l'invention. Diverses applications de l'invention ont été citées, telles que le maintien de pièces pour l'usinage et l'emploi en Stratoconception�, l'étau selon l'invention peut également être employé comme clapet pneumatique ou pour la préhension d'objet, par exemple au bout d'un bras robotisé ou sur une chaîne de convoyage. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés à titre d'exemples, mais elle comprend aussi tous les équivalents techniques ainsi que leurs combinaisons. REVENDICATIONS 1- Etau raccordé à un dispositif d'aspiration de manière à plaquer par dépression une pièce à maintenir (1) sur une surface de travail et l'immobiliser, caractérisé par le fait qu'il présente une plaque de travail au contact de la pièce à immobiliser et une plaque support (3) accolée à ladite plaque de travail (2,2'), et dans lequel étau : - la plaque de travail (2,2') est percée d'orifices (7), chaque orifice (7) étant en communication avec une chambre (4) sous-jacente, - la plaque support (3) comporte un ensemble de chambres (4), chaque chambre (4) étant en communication avec le dispositif d'aspiration par un conduit (5), - un moyen d'obturation déplaçable par dépression est présent dans chaque chambre (4) de manière à fermer le conduit (5) lorsque aucune pièce à maintenir (1) n'est disposée au débouché d'un orifice (7) sur la surface de travail. 2- Etau selon la revendication 1 dans lequel la surface de travail peut comporter une structure quelconque, plane, texturée ou présenter un relief tridimensionnel sur tout ou partie, les deux faces de la plaque de travail n'étant de fait pas forcément des plans parallèles. 3- Etau selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que le moyen d'obturation est réalisé par une plaque de travail (2') souple et déformable percée d'orifices (7), les orifices (7) n'étant pas axialement alignés avec les conduits (5) de manière qu'une zone non perforée (10) de la plaque de travail se déforme sous l'effet d'une dépression dans une chambre (4) sous jacente lorsque aucune pièce à maintenir n'est disposée au débouché de l'orifice (7) correspondant à cette chambre. 4- Etau selon la revendication 3, caractérisée en ce que la plaque de travail (2') est maintenue à la périphérie de chaque chambre (4) par une pluralité de plots (8) de la plaque support (3) s'engageant dans des perforations (9) de la plaque de travail (2'), lesdits plots réalisant le contact entre la plaque support (3) et la pièce à maintenir (1). 5- Etau selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que la plaque de travail (2') est une feuille perforée de polymère. 6- Etau selon l'une des revendications 1 à 2 dans lequel le moyen d'obturation est un obturateur formé par une bille (6) de diamètre au moins égal et de préférence sensiblement supérieur au diamètre du conduit (5) d'aspiration. 7- Etau selon la revendication 6 dans lequel la bille (6) est libre de se déplacer dans la chambre (4). 8- Etau selon la revendication 7 dans lequel la chambre (4) est conformée de manière à ce que lorsque aucune dépression n'est appliquée, ou lorsque une pièce recouvre l'orifice (7) sus-jacent, la bille (6) soit obligatoirement en dehors de l'ouverture du conduit (5). 9- Etau selon la revendication 8 dans lequel l'ouverture du conduit (5) dans la chambre (4) est conformée pour favoriser le positionnement d'obturation de la bille (6). 10- Etau selon la revendication 8 dans lequel la bille (6) se déplace sous l'action de son propre poids dans la position en dehors de l'ouverture du conduit (5) lorsque aucune dépression n'est appliquée ou lorsque une pièce recouvre l'orifice (7) sous-jacent, ce déplacement par gravité amenant la bille (6), de préférence, dans une position basse de la chambre (4). 11- Etau selon la revendication 1 dans lequel le moyen d'obturation est un obturateur formé par une lamelle (8) déformable maintenue par au moins un côté sur la plaque support (3). 12- Etau selon la revendication 11 dans lequel la lamelle (8) se déforme sous l'action de la force d'aspiration pour obturer le conduit (5), laquelle lamelle (8) étant capable de revenir dans une position de repos dans laquelle le conduit (5) n'est pas fermé lorsque aucune dépression n'est appliquée ou lorsque une pièce recouvre l'orifice (7) sus-jacent. 13- Etau selon la revendication 12 dans lequel l'ouverture du conduit (5) dans la chambre (4) est conformée pour favoriser le positionnement d'obturation de la lamelle (8). 14- Etau selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la zone de jonction entre la plaque support (3) et la plaque de travail (2) est plane et étanche à l'air. 15- Etau selon l'une quelconque des revendications 6 à 14 dans lequel la plaque de travail (2) peut être recouverte par un revêtement (11) percé d'ouvertures au droit des orifices (7) qui traversent ladite plaque de travail (2). 16- Etau selon la revendication 15 dans lequel le revêtement (11) est souple ou partiellement déformable de manière à améliorer l'immobilisation de la pièce à maintenir (1).