Brevet FR3001169A1 — publié le 20140725

DISPOSITIF D'ASSISTANCE POUR MANIPULER UN OUTIL DE PONCAGE La présente invention se rapporte à un dispositif d'assistance pour manipuler un outil de ponçage. Ce dispositif est plus particulièrement adapté pour préparer les surfaces de panneaux en matériau composite tels que des panneaux de fuselage ou de voilure d'aéronef avant de les peindre. Pour favoriser l'accroche d'un revêtement tel qu'une peinture, il est nécessaire de préparer les surfaces des pièces en matériau composite. Selon un mode opératoire, cette préparation appelée également « dérochage » consiste à augmenter la rugosité de la surface à traiter en réalisant de nombreuses rayures de taille microscopique lors d'une opération de ponçage en utilisant un disque abrasif. Le niveau de ponçage requis correspond à la rugosité la plus élevée pour favoriser l'accroche du revêtement sans toutefois altérer l'intégrité des fibres. Ainsi, les rayures ne doivent affecter que la résine et non les fibres du matériau composite. L'opérateur estime le niveau de ponçage en appréciant la couleur de la surface traitée de la pièce en matériau composite, celle-ci évoluant du noir brillant (lorsqu'elle n'est pas poncée) au blanc mat (lorsque les fibres sont affectées) en passant par des nuances de gris. Le niveau de ponçage requis correspond à une nuance de gris « moyen ». Selon un autre aspect, le niveau de ponçage doit être le plus homogène possible sur toute la surface traitée. A cet effet, l'opérateur apprécie l'homogénéité de la couleur de la surface sur toute celle-ci qui reflète l'homogénéité du niveau de ponçage. Selon un mode opératoire, le ponçage de la surface est réalisé par un opérateur en utilisant une ponceuse vibrante pneumatique portative avec un disque abrasif dont une face est mise en contact avec la surface à traiter. bans ce cas, l'opérateur anime la ponceuse d'un mouvement sensiblement « cycloïdal » pour obtenir un niveau de ponçage homogène sur toute la surface traitée. Par ailleurs, l'opérateur doit veiller à ce que l'effort de pression soit sensiblement réparti de manière uniforme sur tout le disque abrasif. Pour obtenir la nuance de gris requise, l'opérateur doit exercer un effort musculaire important pour plaquer la ponceuse contre la surface à traiter. Ce mode opératoire n'est pas satisfaisant pour les raisons suivantes En raison de l'effort musculaire important à fournir, cette opération est fatigante pour l'opérateur. Compte tenu de ces conditions de travail, la productivité est faible. La présente invention vise à remédier les inconvénients de l'art antérieur. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'assistance pour manipuler un outil de ponçage utilisé pour poncer une surface d'un panneau en matériau composite et comprenant une surface abrasive avec un centre et une normale à ce centre. Ce dispositif d'assistance se caractérise en ce qu'il comprend un support mobile ainsi qu'une première liaison entre ledit support mobile et l'outil de ponçage qui comprend au moins deux axes de rotation perpendiculaires entre eux et perpendiculaires à la normale au centre de la surface abrasive, l'intersection desdits axes de rotation étant séparée du centre de la surface abrasive d'une distance inférieure à 20% de la plus grande dimension de la surface abrasive. Cette configuration permet de garantir l'homogénéité du niveau de ponçage et permet de limiter les risques d'endommagement des fibres du panneau en matériau composite. be préférence, l'intersection des axes de rotation est confondue avec le centre. Avantageusement, le support mobile est relié à un référentiel grâce à une seconde liaison dont la cinématique permet à la surface abrasive de décrire des mouvements cycloïdaux contenus dans des plans tangents à la surface à traiter. De préférence, le support comprend des moyens de préhension pour permettre à un opérateur de le manipuler. Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend un châssis mobile auquel est relié le panneau dont la surface est traitée. Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend des moyens de compensation de la force de gravité du support et de l'outil de ponçage. Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend des moyens d'assistance qui tendent à plaquer la surface abrasive contre la surface à traiter. Selon un mode de réalisation, la liaison qui relie le support mobile et l'outil de ponçage est de type cardan. Selon un autre mode de réalisation, la liaison qui relie le support mobile et l'outil 15 de ponçage comprend deux glissières courbes qui définissent les deux axes de rotation. Selon un autre mode de réalisation, la liaison qui relie le support mobile et l'outil de ponçage comprend deux portions sphériques respectivement solidaires de l'outil de ponçage et du support qui peuvent pivoter l'une par rapport à l'autre 20 selon trois axes de rotation perpendiculaires entre eux. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l' invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels - La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif d'assistance pour 25 manipuler un outil de ponçage qui illustre l'invention, - La figure 2 est une coupe schématique d'une partie d'un dispositif d'assistance pour manipuler un outil de ponçage qui illustre l'invention, 3001 169 4 - La figure 3 est une coupe d'une partie d'un dispositif d'assistance pour manipuler un outil de ponçage qui illustre un premier mode de réalisation selon l'invention, - La figure 4 est une coupe d'une partie d'un dispositif d'assistance pour 5 manipuler un outil de ponçage qui illustre un second mode de réalisation selon l'invention, et - La figure 5 est une coupe d'une partie d'un dispositif d'assistance pour manipuler un outil de ponçage qui illustre un troisième mode de réalisation selon l'invention. 10 Sur la figure 1, on a représenté un panneau 10 d'un fuselage d'aéronef en matériau composite dont au moins une surface 12 doit être traitée afin de favoriser l'accroche d'un revêtement tel qu'une peinture. Le traitement de la surface 12 consiste à la poncer en utilisant une surface abrasive 14 mise en mouvement dans des plans sensiblement tangents à ladite surface 12 à traiter. Cette surface abrasive 14 est supportée par un outil de ponçage 16 tel qu'une ponceuse. Selon un mode de réalisation, la surface abrasive 14 correspond à l'une des faces d'un disque abrasif 18 solidarisé de manière démontable à une ponceuse. De préférence, la surface abrasive 14 est sensiblement plane. Pour la suite de la description, on entend par plan de référence Pr un plan contenant la surface abrasive 14. Le centre O de la surface abrasive 14 correspond au centre de gravité de ladite surface abrasive 14. bans le cas d'un disque, le centre O correspond au centre du cercle formé par la périphérie du disque. La normale N correspond à la droite passant par le centre O et perpendiculaire au plan de référence Pr. Selon un mode de réalisation, la ponceuse est une ponceuse vibrante. L'outil de ponçage 16, la surface abrasive 14, les moyens pour solidariser la surface abrasive 14 à l'outil de ponçage 16 ne sont pas plus décrits car ils peuvent être identiques à ceux de l'art antérieur. L'invention prévoit un dispositif d'assistance pour manipuler un outil de ponçage qui comprend un support 22 mobile ainsi qu'une première liaison 20 entre le support 22 mobile et l'outil de ponçage 16. De préférence, il comprend également une seconde liaison 26 entre le support 22 mobile et un référentiel 24. De préférence, le support 22 comprend des moyens 28 de préhension pour qu'un opérateur 30 puisse le manipuler. Selon un mode de réalisation, les moyens 28 comprennent deux poignées qui s'étendent de part et d'autre du support 22. La seconde liaison 26 doit permettre au support 22 de pouvoir se déplacer en face de la surface 12 à traiter de manière à ce que lorsque le support 22 se 15 déplace, la surface abrasive 14 puisse être en contact avec au moins une partie de la surface 12 à traiter. Avantageusement, la seconde liaison 26 comprend une cinématique qui permet à l'opérateur 30 de pouvoir déplacer le support 22 de manière à ce que la surface abrasive 14 décrive des mouvements sensiblement « cycloïdaux » pour obtenir un 20 niveau de ponçage homogène. De préférence, la surface 12 à traiter est mobile par rapport au référentiel 24. Cette configuration permet de maintenir le support 22 dans une plage qui confère à l'opérateur un confort de travail. Selon un autre avantage, elle permet de simplifier la seconde liaison 26 en réduisant le rayon d'action du support 22 25 par rapport au référentiel 24. A cet effet, le dispositif d'assistance comprend un châssis 32 mobile par rapport au référentiel 24 auquel est solidarisé le panneau 10. Selon un mode de réalisation, dans le cas d'un panneau 10 de fuselage, ce dernier est suspendu par au moins un crochet 34 au châssis 32 qui peut se translater verticalement par rapport au référentiel 24. Le panneau 10 comprend deux bords 36, 36', chacun d'eux étant contenu dans un plan passant par l'axe longitudinal de l'aéronef ( axe qui s'étend de la pointe avant à la pointe arrière de l'aéronef). bans ce cas, le panneau 10 de fuselage est suspendu au niveau d'un des deux bords 36, 36'. En fonction de l'emplacement du panneau 10 au niveau du fuselage, les bords 36, 36' sont rectilignes ou décrivent une portion de courbe. Selon un mode de réalisation, le panneau 10 est suspendu par deux crochets 34, 34' au niveau de deux points A et B. Pour la suite de la description, la direction longitudinale est parallèle à la droite passant par les points A et B. Le référentiel 24 correspond généralement à un plan sensiblement horizontal, notamment le sol. Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 1 adapté pour un panneau 10 de fuselage, la seconde liaison 26 comprend - un rail 38 solidaire du référentiel 24 qui s'étend selon une direction horizontale, de préférence parallèle à la direction longitudinale, - un chariot 40 mobile le long du rail 38, - une chape 42 qui peut pivoter selon un premier axe de rotation 44 sensiblement vertical par rapport au chariot 40, - un bras 46 dont une première extrémité peut pivoter selon un deuxième axe de rotation 48 sensiblement horizontal par rapport à la chape 42 et dont une seconde extrémité est reliée au support 22. Le support 22 peut éventuellement pivoter par rapport à la seconde extrémité du bras 46 selon un troisième axe de rotation parallèle au deuxième axe de rotation 48. Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation. Ainsi, la seconde liaison 26 pourrait avoir la même cinématique qu'un robot de type à bras articulé ou un robot de type cartésien. Selon une caractéristique de l'invention, la seconde liaison 26 comprend des moyens de compensation de la force de gravité du support 22 et de l'outil de ponçage 16. Ces moyens de compensation permettent de réduire les efforts générés par l'opérateur 30 pour compenser la force de gravité du support 22 et de l'outil de ponçage 16. Selon un mode de réalisation, ces moyens de compensation comprennent un 10 ressort qui permet de faire pivoter le bras 46 par rapport à la chape 42 autour du deuxième axe de rotation 48 selon un sens opposé au sens de rotation induit par la force de gravité du support 22 et de l'outil de ponçage 16. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'assistance comprend des moyens d'assistance pour exercer un effort sur la surface 15 abrasive 14 de manière à la plaquer contre la surface 12 à traiter. Ces moyens d'assistance permettent de réduire les efforts générés par l'opérateur 30 pour obtenir le niveau de ponçage requis. Selon un mode de réalisation, ces moyens d'assistance sont intégrés à la seconde liaison 26 et comprennent un ressort ou un vérin pneumatique régulé en pression 20 qui permet de faire pivoter la chape 42 par rapport au chariot 40 autour du premier axe de rotation 44 selon un sens qui tend à plaquer la surface abrasive 14 contre la surface 12 à traiter. Avantageusement, ces moyens d'assistance sont réglables afin de pouvoir ajuster l'effort exercé par la surface abrasive 14 sur la surface 12 à traiter. 25 Selon une caractéristique de l'invention, la première liaison 20 entre le support 22 mobile et l'outil de ponçage comprend au moins deux axes de rotation 50, 50' perpendiculaires entre eux et perpendiculaires à la normale N. Cette configuration permet à la surface abrasive 14 d'être tangente à la surface 12 à traiter même si cette dernière n'est pas plane. Selon un point important de l'invention pour que la surface abrasive 14 soit de manière automatique tangente à la surface 12 à traiter au point O lors de ses déplacements, l'intersection des axes de rotation 50, 50' est disposée selon la normale N, la plus proche du point O. Par la plus proche, on entend que l'intersection des axes de rotation 50, 50' est séparée du point O d'une distance inférieure à 20% de la plus grande dimension de la surface abrasive 14. De préférence, l'intersection des axes de rotation 50, 50' est confondue avec le point O. Cette configuration permet d'obtenir une compliance passive. Ainsi, même si l'opérateur n'applique pas un effort perpendiculaire à la surface 12 à traiter en un point donné, le dispositif d'assistance, et plus particulièrement sa liaison 20, permet de corriger ce défaut en maintenant de manière automatique la surface abrasive 14 tangente à la surface 12 à traiter au point donné. Ainsi, l'homogénéité de pression en tous points de la surface abrasive 14 est garantie, ce qui contribue à obtenir une homogénéité de ponçage. Selon un avantage de l'invention, quel que soit l'état de fatigue ou d'attention de l'opérateur, le dispositif d'assistance limite les risques d'endommagement des fibres du panneau 10 en matériau composite. Selon un premier mode de réalisation illustré sur la figure 3, la première liaison 20 est de type cardan. Ainsi, l'outil de ponçage est solidarisé à un premier arbre 52 qui définit le premier axe de rotation 50 et dont les extrémités sont pivotantes par rapport à une pièce intercalaire 54 qui peut pivoter selon le second axe de rotation 50' par rapport à deux bras 56 solidaires du support 22. Selon ce mode de réalisation, l'intersection des axes de rotation 50 et 50' est disposée selon la normale N mais décalée par rapport au point O. Selon un second mode de réalisation illustré sur la figure 4, la première liaison 20 comprend deux glissières courbes 58, 58' qui permettent de définir les deux axes de rotation 50 et 50'. La première glissière courbe 58' comprend d'une part un premier rail courbe 60 solidaire du support 22, ledit rail courbe 60 s'étendant dans un premier plan P1 contenant la normale N et ayant un centre de courbure confondu avec le point O, et d'autre part un premier patin 62 qui peut coulisser le long du premier rail courbe 60 afin de pivoter selon le second axe de rotation 50'. La seconde glissière courbe 58 comprend d'une part un second rail courbe 64 solidaire du premier patin 62, ledit rail courbe 64 s'étendant dans un second plan P2 contenant la normale N et perpendiculaire au premier plan P1 et ayant un centre de courbure confondu avec le point O, et d'autre part, un second patin 66 qui peut coulisser le long du second rail courbe 64 afin de pivoter selon le premier axe de rotation 50 et qui est solidaire de l'outil de ponçage. Selon ce mode de réalisation, l'intersection des axes de rotation 50 et 50' est disposée selon la normale N et confondue avec le point O. Selon un troisième mode de réalisation illustré sur la figure 5, la première liaison 20 comprend deux portions sphériques 68, 70 ayant chacune pour centre le point O, respectivement solidaires de l'outil de ponçage et du support 22 qui peuvent pivoter l'une par rapport à l'autre selon trois axes de rotation 50, 50', 50" passant par le point O et perpendiculaires entre eux. La première liaison 20 comprend également des moyens pour maintenir les portions sphériques 68 et 70 en contact l'une avec l'autre. Selon un mode de réalisation, ces moyens de maintien sont de type électromagnétique. Ainsi, l'une des portions sphériques 70 comprend des aimants 72, l'autre portion sphérique 68 étant en matériau magnétique. En complément, la première liaison 20 comprend des moyens pour favoriser le mouvement des portions sphériques 68, 70 l'une par rapport à l'autre. Selon un mode de réalisation, la première liaison 20 comprend des butées à bille porteuse 74 solidaires d'une des portions sphériques 70 contre laquelle prend appui l'autre portion sphérique 68. Même si le dispositif de l'invention est décrit pour une application de ponçage 5 d'un panneau 10 d'un fuselage d'aéronef, il peut être utilisé pour poncer toute autre pièce en matériau composite comprenant une surface plane ou non. REVENDICATIONS1. Dispositif d'assistance pour manipuler un outil de ponçage (16) utilisé pour traiter une surface (12) d'un panneau en matériau composite, l'outil de ponçage comprenant une surface abrasive (14) avec un centre O et une normale N au centre O, caractérisé en ce qu'il comprend un support (22) mobile ainsi qu'une première liaison (20) entre le support (22) mobile et l'outil de ponçage (16) qui comprend au moins deux axes de rotation (50, 50') perpendiculaires entre eux et perpendiculaires à la normale N, l'intersection desdits axes de rotation (50, 50') étant séparée du centre O d'une distance inférieure à 20% de la plus grande dimension de la surface abrasive (14). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intersection des axes de rotation (50, 50') est confondue avec le centre O. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le support (22) mobile est relié à un référentiel (24) grâce à une seconde liaison (26) dont la cinématique permet à la surface abrasive de décrire des mouvements cycloïdaux contenus dans des plans tangents à la surface (12) à traiter. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support (22) comprend des moyens (28) de préhension pour permettre à un opérateur de le manipuler. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la seconde liaison (26) comprend - un rail (38) solidaire du référentiel (24) qui s'étend selon une direction horizontale, - un chariot (40) mobile le long du rail (38), - une chape (42) qui peut pivoter selon un premier axe de rotation (44) sensiblement vertical par rapport au chariot (40),- un bras (46) dont une première extrémité peut pivoter selon un deuxième axe de rotation (48) sensiblement horizontal par rapport à la chape (42) et dont une seconde extrémité est reliée au support (22). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un châssis (32) mobile auquel est relié le panneau (10) dont la surface (12) est traitée. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le châssis (32) peut se translater verticalement et comprend au moins un crochet (34) auquel est suspendu le panneau (10) dont la surface (12) est traitée. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de compensation de la force de gravité du support (22) et de l'outil de ponçage (16). 9. Dispositif selon les revendications 5 et 8, caractérisé en ce que les moyens de compensation comprennent un ressort qui permet de faire pivoter le bras (46) par rapport à la chape (42) autour du deuxième axe de rotation (48) selon un sens opposé au sens de rotation induit par la force de gravité du support (22) et de l'outil de ponçage (16). 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'assistance qui tendent à plaquer la surface abrasive (14) contre la surface (12) à traiter. 11. Dispositif selon les revendications 5 et 10, caractérisé en ce que les moyens d'assistance comprennent un ressort qui permet de faire pivoter la chape (42) par rapport au chariot (40) autour du premier axe de rotation (44) selon un sens qui tend à plaquer la surface abrasive (14) contre la surface (10) à traiter. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première liaison (20) est de type cardan. 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la première liaison (20) comprend deux glissières courbes (58, 58') qui définissent les deux axes de rotation (50, 50'). 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la première liaison (20) comprend deux portions sphériques (68, 70) respectivement solidaires de l'outil de ponçage (16) et du support (22) qui peuvent pivoter l'une par rapport à l'autre selon trois axes de rotation (50, 50', 50") perpendiculaires entre eux.