Brevet FR2989015A1 — publié le 20131011

PROCEDE POUR L'ETALONNAGE D'UN BRAS ARTICULE D'UN ROBOT ET SON DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE L'invention concerne un procédé pour l'étalonnage d'un bras 5 articulé d'un robot portant un outil de travail qui est monté sur le bras articulé et qui comporte un point central situé à distance, ou au-delà, de l'outil de travail. L'invention concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé d'étalonnage. On connait de nombreux procédés permettant de caler, ou 10 d'étalonner un robot équipé d'un bras articulé, du type qui est conçu pour travailler sur un véhicule automobile sur une chaîne de production. En effet, l'installation d'un robot nécessite une étape préliminaire d'étalonnage précis du robot avant sa mise en service, pour que le robot détermine son point central d'origine. 15 Cette étape d'étalonnage consiste à identifier l'espace de travail du robot dans son propre repère, généralement en réalisant une localisation tridimensionnelle précise d'une pluralité de points caractéristiques de cet espace dans le référentiel du robot, comme le décrit le document FR-A2669257. 20 De façon complémentaire, lorsque le bras du robot est équipé d'un outil de travail, une fraise par exemple, ce type de procédé d'étalonnage permet de déterminer le point central de l'outil, aussi connu sous l'acronyme TCP pour « Tool Center Point » en terminologie anglaise. Le point central de l'outil de travail, qui est un point virtuel 25 mathématique, représente le centre de référence de l'outil, qui est situé à l'extrémité distale d'une fraise par exemple. Lorsque ce point central de l'outil de travail est déterminé, le robot est capable d'entraîner l'outil en déplacement dans l'espace de façon plus précise, par exemple en entraînant l'outil en pivotement autour du point central 30 de l'outil plutôt qu'autour du centre de rotation d'une articulation du bras du robot. On connait un procédé d'étalonnage qui consiste à disposer une pluralité de cibles dans l'espace de travail du robot, puis à entraîner en déplacement l'outil de travail au moyen du bras articulé du robot, dans une 35 pluralité de positions de palpage dans chacune desquelles le point central de l'outil, par exemple l'extrémité distale de l'outil, est en contact sur une cible. La position « mathématique » du point central de l'outil de travail est déterminée par calcul en fonction de la position du bras articulé relevée dans chaque position de palpage. Toutefois, ce type de procédé d'étalonnage par palpage n'est pas 5 applicable à un outil de travail dont le point central est situé en dehors de l'enveloppe physique de l'outil. Tel est le cas pour un capteur ou tout instrument qui agit à distance, comme un dispositif de triangulation laser comportant une caméra et un émetteur de rayon laser, dont le point central est généralement situé à 10 l'intersection de l'axe optique de la caméra et du rayon laser. Un tel point central est amené à être déplacé selon une trajectoire précise, pour analyser un objet par exemple, comme un cordon de soudure. On comprendra alors qu'il est recommandé de déterminer avec précision la position du point central de l'outil de travail et de déplacer l'outil en 15 se référant à ce point central, notamment lors d'un changement de l'outil de travail ou lorsque l'outil de travail a subi un choc. L'invention vise à proposer un procédé d'étalonnage permettant de déterminer le point central d'un outil de travail lorsque ce point central est situé au-delà, ou en dehors, de l'enveloppe physique de l'outil associé. 20 Dans ce but, l'invention propose un procédé pour l'étalonnage d'un bras articulé d'un robot portant un outil de travail qui est monté sur le bras articulé et qui est conçu pour être entraîné en déplacement par le bras articulé suivant une trajectoire prédéfinie pour coopérer avec un objet à distance, l'outil de travail comportant un point central virtuel à distance, caractérisé en ce que 25 le procédé comporte une étape de calibrage du robot qui consiste à : - équiper le bras articulé du robot d'un outil de palpage qui comporte une pointe de palpage matérialisant le point central de l'outil de travail, - positionner une pluralité de gabarits dans l'espace de travail du 30 robot, chaque gabarit comportant une pointe de calibrage dont la position dans l'espace est connue, et - entraîner en déplacement l'outil de palpage dans une pluralité de positions de palpage dans chacune desquelles la pointe de l'outil de palpage est en contact avec une desdites pointes de calibrage successivement, de 35 façon à déterminer la position réelle du point central de l'outil de travail. Ainsi, le procédé selon l'invention permet de matérialiser le point central de l'outil de travail, grâce à quoi la position du point central est apte à être déterminée de façon précise et sans risque d'erreur. De plus, le procédé consiste à entraîner en déplacement l'outil de 5 palpage manuellement au cours de l'étape de calibrage, au moyen du bras articulé du robot qui est commandé par un opérateur au moyen d'une interface homme-machine. Cette caractéristique permet à l'opérateur de vérifier visuellement la précision de la position de palpage occupée par l'outil de palpage. 10 De plus, le procédé comporte une étape de vérification de la trajectoire prédéfinie de l'outil de travail qui consiste successivement à : - agencer un premier gabarit comportant une première pointe qui est conçue pour matérialiser le point de départ de la trajectoire prédéfinie de l'outil de travail, 15 - agencer un second gabarit comportant une seconde pointe qui est conçue pour matérialiser le point d'arriver de la trajectoire prédéfinie de l'outil de travail, - positionner la pointe de l'outil de palpage en contact sur la première pointe, 20 - entraîner en déplacement l'outil de palpage automatiquement selon sa trajectoire prédéfinie au moyen du bras articulé, - observer l'écart éventuel entre la pointe de l'outil de palpage et la seconde pointe qui matérialise le point d'arriver de la trajectoire de l'outil de travail. 25 Selon cette caractéristique, un opérateur peut rapidement se rendre compte d'un éventuel défaut ou dérive de la position de l'outil de travail. L'invention concerne aussi un dispositif pour l'étalonnage d'un bras articulé d'un robot portant un outil de travail comportant un point central à distance, pour la mise en oeuvre du procédé décrit précédemment, caractérisé 30 en ce que le dispositif comporte : - un outil de palpage qui comporte une pointe matérialisant le point central de l'outil de travail, et qui est conçu pour être porté par le bras articulé du robot, et - une pluralité de gabarits qui comportent chacun une pointe de 35 calibrage dont la position dans l'espace est connue. 2 9 89015 4 L'outil de palpage présente notamment l'avantage d'être d'une conception simple et rapide à mettre en oeuvre. De plus, l'outil de palpage comporte un socle pour la fixation de l'outil de palpage sur le bras articulé du robot, et une tige cylindrique de palpage qui s'étend axialement depuis le socle et qui délimite une portion tronconique à son extrémité libre formant la pointe qui matérialise le point central de l'outil de travail. Selon un autre aspect, l'outil de palpage est monté sur l'outil de travail qui équipe le bras articulé du robot. Ainsi, le point central matérialisé par l'outil de palpage est positionné en référence à l'outil de travail et non en référence au bras du robot. De plus, l'outil de travail est un capteur conçu pour contrôler la qualité d'un cordon de soudure à distance. Aussi, l'outil de travail constitue un moyen de triangulation qui 15 comporte une caméra numérique et un émetteur laser qui sont conçus pour contrôler un objet à distance. Enfin, le bras articulé du robot comporte une pluralité de tronçons reliés entre eux par des articulations qui sont pourvues chacune d'au moins un codeur de position et d'un moyen moteur pouvant être commandé par un 20 organe de commande pour entraîner le bras articulé du robot en déplacement selon une trajectoire prédéfinie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : 25 - la figure 1 est une vue schématique d'ensemble en perspective, qui illustre le bras du robot équipé d'un moyen de triangulation pour contrôler la qualité d'un cordon de soudure sur un véhicule automobile ; - la figure 2 est une vue de détail en perspective, qui illustre le moyen de triangulation en cours de fonctionnement ; 30 - la figure 3 est une vue de détail en perspective, qui illustre le moyen de triangulation équipé de l'outil de palpage selon l'invention. Le procédé d'étalonnage selon l'invention permet d'étalonner un bras articulé 10 d'un robot 12 portant un outil de travail 14 qui est monté sur le bras articulé 10 du robot 12. 35 Le bras articulé 10 du robot 12 comporte une pluralité de tronçons 16 reliés entre eux par des articulations 18 qui sont pourvues chacune d'une 2 9 89015 5 pluralité de codeurs de position (non représentés) permettant de déterminer la position du bras articulé 10 dans l'espace. De plus, chaque articulation du bras articulé 10 est équipée d'un moyen moteur (non représenté) commandé par un organe de commande pour 5 entraîner le bras articulé 10 du robot 12 en déplacement selon une trajectoire prédéfinie, ou pour entraîner le bras articulé 10 du robot 12 en déplacement manuellement par un opérateur au moyen d'une interface homme-machine. L'outil de travail 14 est ici un capteur conçu pour contrôler à distance la qualité d'un cordon de soudure 20, ou soudo-brasage, qui est situé 10 à la jonction du pavillon et d'un côté d'habitacle d'une caisse 22 d'un véhicule automobile, comme on peut le voir à la figure 1. Plus particulièrement, selon la figure 2, l'outil de travail 14 constitue un moyen de triangulation qui comporte une caméra 24 numérique et un émetteur 26 d'un faisceau laser 28. L'outil de travail 14 est entraîné en déplacement par le bras articulé 10 du robot 12 suivant une trajectoire prédéfinie, le long du cordon de soudure 20, de sorte que le faisceau laser 28 balaye le cordon de soudure 20 afin d'analyser la qualité et l'aspect du cordon de soudure 20. A cet effet, la caméra 24 est associée à des moyens de calcul et 20 de traîtement de l'image (non représentés) qui sont conçus pour analyser l'image qui est dessinée par le faisceau laser 28 sur le cordon de soudure 20 et qui est captée par la caméra 24. Le point central P de l'outil de travail 14 est situé à l'intersection de l'axe optique A de la caméra 24 et du faisceau laser 28. 25 Comme on peut le voir à la figure 3, le procédé d'étalonnage selon l'invention est mis en oeuvre par un dispositif 30 qui comporte un outil de palpage 32 qui est conçu pour être porté par le bras articulé 10 du robot 12. L'outil de palpage 32 comporte un socle 34 pour la fixation de l'outil de palpage 32 sur le bras articulé 10 du robot 12, et une tige cylindrique 35 de 30 palpage qui s'étend axialement depuis le socle 34. Comme on peut le voir à la figure 3, le socle 34 est fixé sur une face avant de l'outil de travail 14, au moyen de quatre vis (non représentées), de sorte que la tige cylindrique 35 de palpage s'étend selon l'axe optique A de la caméra 24. De plus, le socle 34 est ici fixé à la place d'une vitre 36 de protection de la caméra 24, en utilisant les trous prévus pour la fixation de la vitre 36. La tige cylindrique 35 délimite une portion tronconique à son 5 extrémité libre formant une pointe 38 de palpage qui matérialise le point central P de l'outil de travail 14. De façon complémentaire, le dispositif 30 comporte une pluralité de gabarits 40, par exemple trois. Selon la figure 3, chaque gabarit 40 est constitué d'un pied 42 qui 10 est fixé sur une platine (non représentée) agencée dans l'espace de travail du bras articulé 10 du robot 12. De plus, chaque gabarit 40 comporte une tige cylindrique 44 dont l'extrémité libre tronconique délimite une pointe de calibrage 46 dont la position dans l'espace est connue. 15 Le procédé d'étalonnage selon l'invention comporte une étape de calibrage du robot 12 qui comporte une phase initiale qui consiste à équiper le bras articulé 10 du robot 12 au moyen de l'outil de palpage 32, en fixant l'outil de palpage 32 sur la face avant de l'outil de travail 14, comme illustré à la figure 3. 20 De plus, la phase initiale de l'étape de calibrage du robot 12 consiste à positionner les gabarits 40 dans une position connue dans l'espace de travail du robot 12. A la suite de la phase initiale, l'étape de calibrage comporte une phase d'entraînement en déplacement de l'outil de palpage 32 dans une 25 pluralité de positions de palpage, telle que la position illustrée à la figure 3. Dans chacune de ses positions de palpage, la pointe 38 de l'outil de palpage 32 est en contact avec la pointe de calibrage 46 du gabarit 40 associé. La position de l'outil de palpage 32 est relevée dans chacune de 30 ses positions de palpage, au moyen des informations données par les roues codeuses du bras articulé 10 du robot 12, de façon à déterminer par calcul la position réelle du point central P de l'outil de travail 14. Au cours de l'étape de calibrage, l'outil de palpage 32 est entraîné en déplacement manuellement, au moyen du bras articulé 10 du robot 12 qui 35 est commandé par un opérateur par l'intermédiaire d'une interface homme-machine, comme une manette de commande par exemple. Selon un autre aspect, le procédé d'étalonnage comporte une étape de vérification de la trajectoire prédéfinie de l'outil de travail 14. L'étape de vérification consiste à agencer un premier gabarit 40 de sorte que sa pointe de calibrage 46 matérialise le point de départ de la 5 trajectoire prédéfinie de l'outil de travail 14. De même, un second gabarit (non représenté) est agencé de sorte que sa pointe de calibrage (non représentée) matérialise le point d'arrivée de la trajectoire prédéfinie de l'outil de travail 14. Lorsque le premier gabarit 40 et le second gabarit sont agencés en 10 position, l'étape de vérification comporte une phase de positionnement qui consiste à positionner la pointe 38 de l'outil de palpage 32 en contact sur la pointe de calibrage 46 du premier gabarit 40. A la suite de cette phase de positionnement, l'outil de palpage 32 est entraîné en déplacement automatiquement, par un programme du robot par 15 exemple, selon sa trajectoire prédéfinie au moyen du bras articulé 10. De plus, l'étape de vérification comporte une phase d'observation qui consiste à observer l'écart éventuel entre la pointe 38 de l'outil de palpage 32 et la pointe de calibrage du second gabarit qui matérialise le point d'arrivée de la trajectoire de l'outil de travail 14. 20 La phase d'observation est par exemple effectuée par un opérateur qui vérifie visuellement l'écart éventuel entre la pointe 38 de l'outil de palpage 32 et la pointe de calibrage du second gabarit. REVENDICATIONS1. Procédé pour l'étalonnage d'un bras articulé (10) d'un robot (12) portant un outil de travail (14) qui est monté sur le bras articulé (10) et qui est conçu pour être entraîné en déplacement par le bras articulé (10) suivant une trajectoire prédéfinie pour coopérer avec un objet à distance, l'outil de travail (14) comportant un point central (P) virtuel à distance, caractérisé en ce que le procédé comporte une étape de calibrage du robot (12) qui consiste à : - équiper le bras articulé (10) du robot (12) d'un outil de palpage (32) qui comporte une pointe (38) de palpage matérialisant le point central (P) de l'outil de travail (14), - positionner une pluralité de gabarits (40) dans l'espace de travail du robot (12), chaque gabarit (40) comportant une pointe (46) de calibrage dont 15 la position dans l'espace est connue, et - entraîner en déplacement l'outil de palpage (32) dans une pluralité de positions de palpage dans chacune desquelles la pointe (38) de l'outil de palpage (32) est en contact avec une desdites pointes (46) de calibrage successivement, de façon à déterminer la position réelle du point 20 central (P) de l'outil de travail (14). 2. Procédé pour l'étalonnage d'un bras articulé (10) d'un robot (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à entraîner en déplacement l'outil de palpage (32) manuellement au cours de l'étape de calibrage, au moyen du bras articulé (10) du robot (12) qui est commandé par 25 un opérateur au moyen d'une interface homme-machine. 3. Procédé pour l'étalonnage d'un bras articulé (10) d'un robot (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de vérification de la trajectoire prédéfinie de l'outil de travail (14) qui consiste successivement à : 30 - agencer un premier gabarit (40) comportant une première pointe (46) qui est conçue pour matérialiser le point de départ de la trajectoire prédéfinie de l'outil de travail (14), - agencer un second gabarit comportant une seconde pointe qui est conçue pour matérialiser le point d'arriver de la trajectoire prédéfinie de l'outil 35 de travail (14),- positionner la pointe (38) de l'outil de palpage (32) en contact sur la première pointe (46), - entraîner en déplacement l'outil de palpage (32) automatiquement selon sa trajectoire prédéfinie au moyen du bras articulé (10), - observer l'écart éventuel entre la pointe (38) de l'outil de palpage (32) et la seconde pointe qui matérialise le point d'arriver de la trajectoire de l'outil de travail (14). 4. Dispositif (30) pour l'étalonnage d'un bras articulé (10) d'un robot (12) portant un outil de travail (14) comportant un point central (P) à distance, 10 pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme aux revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif (30) comporte : - un outil de palpage (32) qui comporte une pointe (38) matérialisant le point central (P) de l'outil de travail (14), et qui est conçu pour être porté par le bras articulé (10) du robot (12), et 15 - une pluralité de gabarits (40) qui comportent chacun une pointe (46) de calibrage dont la position dans l'espace est connue. 5. Dispositif (30) pour l'étalonnage d'un bras articulé (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'outil de palpage (32) comporte un socle (34) pour la fixation de l'outil de palpage (32) sur le bras articulé (10) du robot 20 (12), et une tige cylindrique (35) de palpage qui s'étend axialement depuis le socle (34) et qui délimite une portion tronconique à son extrémité libre formant la pointe (38) qui matérialise le point central (P) de l'outil de travail (14). 6. Dispositif (30) pour l'étalonnage d'un bras articulé (10) selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que l'outil de 25 palpage (32) est monté sur l'outil de travail (14) qui équipe le bras articulé (10) du robot (12). 7. Dispositif (30) pour l'étalonnage d'un bras articulé (10) selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'outil de travail (14) est un capteur conçu pour contrôler la qualité d'un cordon de 30 soudure (20) à distance. 8. Dispositif (30) pour l'étalonnage d'un bras articulé (10) selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que l'outil de travail (14) constitue un moyen de triangulation qui comporte une caméra (24) numérique et un émetteur (26) laser qui sont conçus pour contrôler un objet à 35 distance. 2 9 89015 9. Dispositif (30) pour l'étalonnage d'un bras articulé (10) selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le bras articulé (10) du robot (12) comporte une pluralité de tronçons (16) reliés entre eux par des articulations (18) qui sont pourvues chacune d'au moins un codeur 5 de position et d'un moyen moteur pouvant être commandé par un organe de commande pour entraîner le bras articulé (10) du robot (12) en déplacement selon une trajectoire prédéfinie.