Brevet FR3003796A1 — publié le 20141003

Dispositif de pose de fibres L'invention concerne un dispositif de pose de fibres pour la fabrication d'une nappe de fibres d'une pièce composite renforcée de fibres, ainsi qu'un procédé destiné à cet effet. Lors de la fabrication de grandes pièces composites renforcées de fibres, par exemple pour le domaine de l'aéronautique ou pour des installations éoliennes, on utilise en règle générale des dispositifs de pose de fibres également désignés par installations de placement de fibres. De telles installations comprennent le plus souvent un robot (par exemple un robot à bras articulé ou une installation à portique), à une extrémité duquel est agencée une tête de pose en guise d'effecteur terminal. A l'aide de la tête de pose, des fibres ou des bandes de fibres sont déposées sur un outillage, en vue de pouvoir ainsi fabriquer la nappe de fibres de renfort de la pièce composite renforcée de fibres. La tête de pose possède le plus souvent un rouleau presseur à l'aide duquel les fibres, qui sont fournies à partir d'une bobine de fibres, peuvent être appliquées et pressées contre l'outillage. A cette occasion, le robot du dispositif de pose de fibres suit une trajectoire de piste prédéfinie pour que la tête de pose puisse, par l'intermédiaire du rouleau presseur, déposer la bande de fibres ou les fibres selon la position prédéfinie sur l'outillage. Le matériau de fibres est alors déposé selon plusieurs pistes s'étendant côte à côte, de manière à pouvoir former sur la totalité de la surface, une couche de stratification. Plusieurs couches de stratification, en partie de forme géométrique différente, constituent alors la nappe de fibres de renfort de la pièce composite renforcée de fibres à fabriquer. En raison de la masse à mettre en mouvement de tels dispositifs de pose de fibres, le processus de pose est immanquablement affecté de quelques imprécisions de processus, en particulier en ce qui concerne la position, ce qui dans certaines conditions, pour des pièces critiques quant à la sécurité, peut conduire à la mise au rebut des pièces. En effet, si les positions des bandes de fibres individuelles ne sont pas maintenues à l'intérieur d'une certaine plage de tolérances, cela peut conduire à l'endommagement de la pièce. Ainsi, on connaît par exemple d'après le document DE 10 2012 102 204, un dispositif de pose de fibres pour la fabrication d'une nappe de fibres de renfort d'une pièce composite renforcée de fibres, selon lequel les bords des fibres des pistes de fibres déjà déposées sont relevés à l'aide d'un dispositif de relevé de bord. En fonction de la position relevée de ce bord de fibres d'une piste de fibres déjà déposée, on effectue alors une correction de piste, en ligne, de la piste de fibres en cours de pose, pour parvenir ainsi à déposer les pistes de fibres de façon à ce qu'elles soient adjacentes au mieux possible par complémentarité de formes. Par ailleurs, on connaît d'après le document DE 10 2009 035 877 A1, un système d'actionnement de compensation pour une table d'outillage, d'après lequel des écarts très faibles de la position instantanée par rapport à une position de consigne prescrite, conduisent à une commande du système d'actionnement de compensation de manière telle, que la table de traitement sur laquelle est agencée la pièce d'oeuvre, puisse être déplacée pour compenser ainsi l'écart entre la position de consigne et la position instantanée. Par ailleurs, un écart par rapport à une position de consigne prescrite apparaît souvent également en raison d'oscillations de l'installation de robot lors de la pose des fibres, le plus souvent en raison des forces importantes et des masses cinématiques élevées. Des oscillations de ce type dans de telles installations de robot peuvent toutefois conduire, lors de la fabrication des nappes de fibres de renfort, à des écarts par rapport aux tolérances, qui ne peuvent être acceptés, notamment dans le cas de pièces critiques quant à la sécurité. Aussi, le but de la présente invention consiste à fournir un dispositif de pose de fibres amélioré, permettant de corriger automatiquement ou d'empêcher des écarts de position dus à des oscillations de l'installation. Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un dispositif de pose de fibres présentant les particularités de la revendication 1. Le but recherché est également atteint, conformément à l'invention, grâce à un procédé de fabrication d'une nappe de fibres de renfort selon la revendication 7. En conséquence, il est revendiqué un dispositif de pose de fibres du type dont il est ici question, qui comporte un robot possédant un dispositif de déplacement et une tête de pose. Le dispositif de déplacement du robot peut par exemple être réalisé sous la forme d'une installation à portique ou d'un robot à bras articulé. La tête de pose agencée sur le robot sert ici à déposer des fibres sur un outillage. A cet effet, la tête de pose présente une unité de pose de fibres permettant de poser les fibres ou les bandes de fibres sur l'outillage. A l'aide du dispositif de déplacement du robot et d'une unité de commande, qui est en mesure de commander le dispositif de déplacement du robot, la tête de pose est positionnée conformément à sa position de consigne prescrite par rapport à l'outillage, de sorte que les fibres peuvent être posées dans la position correspondante sur l'outillage. A présent, en vue de corriger des écarts par rapport à cette position de consigne prescrite, dus à des oscillations du robot, il est prévu sur le robot, conformément à l'invention, un capteur conçu pour la détection d'oscillations mécaniques sur le robot. De tels capteurs peuvent par exemple être des capteurs d'accélération, qui détectent les fractions d'accélération correspondantes des oscillations mécaniques. Il est ici possible de détecter des oscillations mécaniques, y compris des vibrations, aussi bien périodiques que non périodiques. Par ailleurs, conformément à l'invention, sur le robot est agencé un système d'actionnement de compensation possédant au moins un actionneur, qui est en liaison d'interaction mécanique avec l'unité de pose de fibres, et est conçu de façon à pouvoir déplacer l'unité de pose de fibres dans au moins une direction spatiale. L'unité de pose de fibres peut ainsi être déplacée dans ladite au moins une direction spatiale, au moins par rapport au dispositif de déplacement, avantageusement par rapport à la tête de pose. A l'aide du système d'actionnement de compensation, l'unité de pose de fibres est ainsi séparée du robot, de sorte qu'entre la chaîne cinématique mobile du robot allant du dispositif de déplacement jusqu'à l'unité de pose de fibres en passant par la tête de pose, il est prévu un dispositif de déplacement supplémentaire capable de déplacer l'unité de pose de fibres indépendamment du dispositif de déplacement. Ledit au moins un capteur, ainsi que le système d'actionnement de compensation sont reliés à un régulateur de compensation, qui, conformément à l'invention, est conçu pour commander, en fonction des oscillations mécaniques détectées du robot, ledit au moins un actionneur du système d'actionnement de compensation, de manière telle que les mouvements de déplacement de l'unité de pose de fibres, qui résultent de la commande de l'actionneur, agissent à l'encontre des oscillations mécaniques au niveau de l'unité de pose de fibres dans au moins une direction spatiale. En raison du fait que des oscillations mécaniques sur le robot se transmettent jusqu'à l'unité de pose de fibres, il est possible, à l'aide du système d'actionnement de compensation, de réduire, voire d'éliminer, les mouvements parasites du robot, qui résultent des oscillations mécaniques, parce qu'à l'aide du système d'actionnement de compensation et du régulateur de compensation, l'unité de pose de fibres est déplacée, à l'aide de l'actionneur, de manière à agir à l'encontre des mouvements parasites. Il est ici possible de détecter aussi bien l'amplitude que la fréquence de l'oscillation mécanique en tant que mouvement parasite, et de produire avec une fréquence et une amplitude appropriée, des mouvements correspondants de l'unité de pose de fibres, qui agissent à l'encontre de ces oscillations mécaniques. Il en résulte l'avantage d'une élimination de petits écarts de position dus aux oscillations mécaniques parasites de l'ensemble de l'installation de robot, de sorte que l'unité de pose de fibres est en mesure de déposer les fibres avec une précision dans le domaine du micromètre. Le mouvement de déplacement du robot sert ici d'une certaine manière de pré-positionnement grossier, tandis que les fibres peuvent alors être déposées avec une précision extrême sur l'outillage, à l'aide du système d'actionnement de compensation. Il est ainsi possible, notamment dans le cas de robots de grande taille, d'obtenir, malgré les forces qui agissent et la masse cinématique importante, une pose extrêmement précise des fibres. Les fibres peuvent ainsi être déposées sur l'outillage, à l'aide du dispositif de pose de fibres conforme à l'invention, d'une manière extrêmement précise, avec une tolérance de moins de 0,2 mm. Le système d'actionnement de compensation se trouve avantageusement sur la tête de pose, à savoir, par exemple, entre la tête de pose et l'unité de pose de fibres. L'actionneur de l'unité de pose de fibres est alors en liaison d'interaction mécanique avec l'unité de pose de fibres, et peut ainsi initier le mouvement de déplacement dans ladite au moins une direction spatiale. L'unité de pose de fibres peut comporter un rouleau presseur pour presser et déposer les fibres sur l'outillage, ledit au moins un actionneur du système d'actionnement de compensation étant alors en liaison d'interaction mécanique avec le rouleau presseur, pour déplacer le rouleau presseur dans au moins une direction spatiale. Les bandes de fibres à déposer peuvent ici être fournies au rouleau presseur par l'intermédiaire d'une bobine de fibres sur laquelle sont enroulées les bandes de fibres devant être déposées. Des mouvements de déplacement parasites, qui se propagent dans la tête de pose sont alors réduits ou éliminés par le système d'actionnement de compensation, au niveau du rouleau presseur. Il s'avère particulièrement avantageux que l'actionneur du système d'actionnement de compensation soit en liaison d'interaction avec l'unité de pose de fibres de manière à ce que l'unité de pose de fibres ou le rouleau presseur puisse être déplacé en direction latérale par rapport à la direction de pose. Il a en effet été constaté que ce sont justement des mouvements parasites ou des oscillations mécaniques, qui agissent en direction latérale par rapport à la direction de pose, qui conduisent à une imprécision lors de la pose des couches de fibres. Si de telles oscillations parasites latérales sont détectées, l'actionneur du système d'actionnement de compensation peut être commandé de façon, que le mouvement de déplacement de l'unité de pose de fibres ou des rouleaux presseurs en direction latérale, agisse à l'encontre des oscillations parasites latérales. Cela permet de réduire ou d'éliminer les imprécisions de position dans la direction latérale. D'après un mode de réalisation particulièrement avantageux, le système d'actionnement de compensation comprend un premier agencement d'articulation monolithique, par l'intermédiaire duquel l'unité de pose de fibres est couplée mécaniquement avec la tête de pose et peut être déplacée par rapport à la tête de pose dans ladite au moins une direction spatiale, de préférence en direction latérale. L'unité de pose de fibres ou le rouleau presseur est ainsi relié au robot par l'intermédiaire du premier agencement d'articulation monolithique. Le système d'actionnement de compensation comprend, en outre, un deuxième agencement d'articulation monolithique, qui est couplé mécaniquement avec ledit au moins un actionneur et l'unité de pose de fibres, et forme ainsi un levier par l'intermédiaire duquel l'unité de pose de fibres peut être déplacée dans sa direction spatiale prédéterminée, lorsque l'actionneur est commandé de manière correspondante par un signal de positionnement. L'actionneur est ainsi en liaison d'interaction mécanique avec l'unité de pose de fibres, par l'intermédiaire du levier du deuxième agencement d'articulation monolithique, et peut ainsi initier le mouvement de déplacement de l'unité de pose de fibres. Il s'avère ici particulièrement avantageux que le deuxième agencement d'articulation monolithique forme une articulation à genouillère, auquel cas par exemple l'actionneur est agencé à l'intérieur de l'agencement d'articulation à genouillère, et initie un mouvement de l'unité de pose de fibres sous l'effet d'une variation de longueur de l'actionneur. L'invention va être explicitée de façon plus détaillée, à titre d'exemple, au regard des dessins annexés. Ceux-ci montrent : Figure 1 une représentation de principe d'un dispositif de pose de fibres ; Figure 2 une représentation schématique d'une tête de pose avec un système d'actionnement de compensation ; Figure 3 un exemple de réalisation d'un système d'actionnement de compensation La figure 1 montre un dispositif de pose de fibres 1, qui possède un robot 2 comprenant une unité de déplacement 3 et une tête de pose 4. Le dispositif de déplacement 3 se présente ici sous la forme d'un robot à bras articulé. Par l'intermédiaire d'une unité de commande 5, le dispositif de déplacement 3 du robot 2 peut être mis en mouvement pour positionner la tête de pose 4 par rapport à un outillage 6, de sorte que des fibres peuvent être déposées sur l'outillage 6 dans une position de consigne prédéterminée, à l'aide de la tête de pose 4. Il est toutefois également envisageable que le robot se présente sous la forme d'une installation à portique. La figure 2 représente schématiquement une tête de pose comprenant un système d'actionnement de compensation. La tête de pose 4 visible en Figure 1 présente à une première extrémité une unité de pose de fibres 7, réalisée sous la forme d'un rouleau presseur, de sorte que des bandes de fibres fournies à ce rouleau presseur 7 peuvent être déposées sur l'outillage 6. Entre la tête de pose 4 et l'unité de pose de fibres 7 est agencé, conformément à l'invention, le système d'actionnement de compensation 8 comprenant un actionneur 9, qui est en liaison d'interaction mécanique avec l'unité de pose de fibres 7. La liaison d'interaction est ici réalisée de manière que l'actionneur 9 puisse déplacer l'unité de pose de fibres 7 dans au moins une direction spatiale, avantageusement en direction latérale. On voit en outre sur la figure 2 deux capteurs 10 agencés sur la tête de pose 4 et conçus pour détecter des oscillations mécaniques dans la tête de pose. De tels capteurs 10 peuvent par exemple être des capteurs d'accélération permettant de relever des signaux d'accélération de la tête de pose 4. Aussi bien les capteurs 10, que l'actionneur 9 du système d'actionnement de compensation 8, sont reliés à un régulateur de compensation 11, qui peut faire partie du système d'actionnement de compensation 8, ou être agencé sur la tête de pose 4 ou dans l'unité de commande 5. Le régulateur de compensation 11 relève les signaux de capteur des capteurs 10 et détermine les paramètres d'oscillation des oscillations mécaniques parasites, notamment la fréquence et l'amplitude. En fonction de ces oscillations mécaniques ou paramètres d'oscillation ayant été détectés, l'actionneur 9 du système d'actionnement de compensation 8 est commandé de façon que le mouvement de déplacement de l'unité de pose de fibres 7 agisse à l'encontre de ces oscillations mécaniques. En conséquence, il est ainsi possible d'amortir les oscillations mécaniques parasites au niveau de la tête de pose 4, qui normalement se transmettent à l'unité de pose de fibres 7 en produisant une imprécision de position lors de la pose des fibres. Le régulateur de compensation 11 peut, en outre, également être conçu pour recevoir un signal de mouvement du dispositif de déplacement 3 du robot 2, de façon à filtrer les signaux d'accélération fournis par les capteurs 10, concernant les oscillations parasites. A cet effet les fractions de mouvement de déplacement effectués par le robot 2 sont déduites, par calcul, des signaux fournis par les capteurs 10, de manière à ce qu'il ne reste que les oscillations parasites. La figure 3 montre schématiquement un exemple d'un système d'actionnement de compensation 8 comportant des articulations monolithiques, en vue de dessus. Dans la zone A est prévue l'unité de pose de fibres 7 (non montrée). A cet effet, il y a dans le système d'actionnement de compensation 8, dans la zone A, une plateforme 12 sur laquelle est rapportée l'unité de pose de fibres 7. Par l'intermédiaire d'un premier agencement d'articulation monolithique 13, la plateforme 12 et ainsi l'unité de pose de fibres 7, peuvent être déplacées dans une direction spatiale latérale R1, la direction qui est indiquée par la flèche Ra définissant la direction de pose des fibres. L'actionneur 9 est prévu au niveau d'une zone B dans le système d'actionnement de compensation 8. L'actionneur 9 est en liaison d'interaction avec la plateforme 12 par l'intermédiaire d'un mécanisme à levier. A cet effet, il est prévu un deuxième agencement d'articulation monolithique 14, se présentant sous la forme d'une articulation à genouillère, et conduisant, lors d'une variation de longueur de l'actionneur 9, à un déplacement de la plateforme 12 dans la direction latérale RI. Le système d'actionnement de compensation 8 présente ainsi un carter dans lequel sont agencés les éléments décrits auparavant, de sorte que le système d'actionnement de compensation 8 peut se fixer par le çarter sur la tête de pose 4. Des oscillations mécaniques parasites en direction spatiale latérale sont compensées par un mouvement correspondant de l'unité de pose de fibres 7.15 Nomenclature des repères : 1 Dispositif de pose de fibres 2 Robot 3 Dispositif de déplacement 4 Tête de pose 5 Unité de commande 6 Outillage 7 Unité de pose de fibres 8 Système d'actionnement de compensation 9 Actionneur 10 Capteur 11 Régulateur de compensation 12 Plateforme pour l'unité de pose de fibres 13 Premier agencement d'articulation monolithique 14 Deuxième agencement d'articulation monolithique RI Direction de mouvement en direction latérale Ra Direction de pose de la tête de pose REVENDICATIONS: 1. Dispositif de pose de fibres (1) pour la fabrication d'une nappe de fibres d'une pièce composite renforcée de fibres, comprenant un robot (2), qui possède un dispositif de déplacement (3) et une tête de pose (4), ladite tête de pose (4) présentant une unité de pose de fibres (7) pour la pose de fibres sur un outillage (6) de fabrication de la nappe de fibres, le dispositif comprenant également une unité de commande (5), qui est conçue pour commander le dispositif de déplacement (3) du robot (2), en vue du positionnement de la tête Io de pose (4) par rapport à l'outillage (6), caractérisé par a) au moins un capteur (10) agencé sur le robot (2) et conçu pour la 15 détection d'oscillations mécaniques sur le robot (2), b) un système d'actionnement de compensation (8) agencé sur le robot (2) et possédant au moins un actionneur (9), qui est en liaison d'interaction mécanique avec l'unité de pose de fibres (7) en vue de déplacer l'unité de pose de fibres (7) dans au moins une direction spatiale (R1), et 20 c) un régulateur de compensation (11), qui est en liaison avec ledit au moins un capteur (10) du système d'actionnement de compensation (8), et est conçu pour commander, en fonction des oscillations mécaniques détectées du robot (2), ledit au moins un actionneur (9) du système d'actionnement de compensation (8), de manière telle que les 25 mouvements de l'unité de pose de fibres (7), qui résultent de la commande de l'actionneur (9), agissent à l'encontre des oscillations mécaniques au niveau de l'unité de pose de fibres dans au moins une direction spatiale. 30 2. Dispositif de pose de fibres (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'actionnement de compensation (8) est agencé sur la tête de pose (4) de manière à être en liaison d'interaction mécanique avec l'unité de pose de fibres (7). 3. Dispositif de pose de fibres (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité de pose de fibres (7) possède un rouleau presseur pour presser et déposer les fibres sur l'outillage, ledit au moins un actionneur (9) du système d'actionnement de compensation (8) étant en liaison d'interaction mécanique avec le rouleau presseur, pour déplacer le rouleau presseur dans au moins une direction spatiale. 4. Dispositif de pose de fibres (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur (9) du système d'actionnement de compensation est en liaison d'interaction avec l'unité de pose de fibres (7), pour déplacer l'unité de pose de fibres (7) dans une direction latérale (R1) par rapport à la direction de pose (Ra). 5. Dispositif de pose de fibres (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système d'actionnement de compensation (8) comprend un premier agencement d'articulation monolithique (13) par l'intermédiaire duquel l'unité de pose de fibres (7) est couplée mécaniquement avec la tête de pose (4) et peut être déplacée par rapport à la tête de pose (4) dans ladite au moins une direction spatiale (R1), ainsi qu'un deuxième agencement d'articulation monolithique (14), qui est couplé mécaniquement avec ledit au moins un actionneur (9) et l'unité de pose de fibres (7), et forme un levier par l'intermédiaire duquel ledit au moins un actionneur (9) du système d'actionnement de compensation (8) est en liaison d'interaction mécanique avec l'unité de pose de fibres (7). 6. Dispositif de pose de fibres (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le deuxième agencement d'articulation monolithique (14) forme une articulation à genouillère. 7. Procédé pour la fabrication d'une nappe de fibres d'une pièce composite renforcée de fibres, d'après lequel à l'aide d'un robot, qui possède un dispositif de déplacement et une tête de pose, des fibres sont déposées sur un outillage au moyen d'une unité de pose de fibres agencée sur la tête de pose, grâce à la commande du dispositif de déplacement du robot pour positionner la tête de pose par rapport à l'outillage,caractérisé en ce que i) des oscillations mécaniques sur le robot sont détectées au moyen d'au moins un capteur agencé sur le robot, et ii) au moyen d'un système d'actionnement de compensation agencé sur le robot et possédant au moins un actionneur, qui est en liaison d'interaction mécanique avec l'unité de pose de fibres en vue de déplacer l'unité de pose de fibres dans au moins une direction spatiale, l'unité de pose de fibres est déplacée au moyen d'un régulateur de compensation, en fonction des oscillations mécaniques ayant été détectées et de manière que les mouvements de déplacement résultants de l'unité de pose de fibres, agissent à l'encontre des oscillations mécaniques au niveau de l'unité de pose de fibres dans au moins une direction spatiale. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'unité de pose de fibres est déplacée au moyen de l'actionneur du mouvement de compensation, en direction latérale par rapport à la direction de pose. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que l'unité de pose de fibres est déplacée au moyen d'un agencement d'articulation monolithique, qui est couplé mécaniquement avec ledit au moins un actionneur et l'unité de pose de fibres, et qui forme un levier.