Brevet FR3030338A1 — publié le 20160624

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour la préparation à l'assemblage d'une pièce de grandes dimensions. L'invention est plus particulièrement, mais non exclusivement adaptée à la préparation à l'assemblage, notamment par soudage, de structures navales ou aéronautiques, dont les formes sont susceptibles de s'écarter significativement de leurs formes théoriques. L'invention est cependant applicable à d'autres opérations de préparation et de parachèvement présentant des problématiques semblables comme l'ébavurage par exemple. La préparation à l'assemblage dans le sens de l'invention, désigne la réalisation d'opérations de préparation de surface, notamment de décapage, de dérochage ou de meulage, des opérations de marquage, par exemple de l'emplacement des pièces à assembler sur la structure voir de marquage de la référence de la pièce à assembler avec la structure à l'emplacement désiré. Lorsque la structure sur laquelle a lieu l'assemblage est de grande dimension, par exemple, lorsque sa surface développée est supérieure ou égale à 10 m2, sans que cette valeur ne constitue une limitation stricte, et que de plus, ladite structure est en forme, c'est-à-dire non plane, celle-ci est susceptible de s'écarter localement de plusieurs centimètres de sa forme théorique. Ainsi l'automatisation de telles opérations de préparation de surface se heurte au contraste entre la précision de positionnement requise relativement à la surface préparée pour la mise en oeuvre des outils de préparation, notamment les outils de décapage abrasif et de traçage, précision inférieure au millimètre, et l'écart de forme de la structure, écart de forme qui se cumule avec l'incertitude de positionnement de la structure objet de la préparation dans le repère de la machine ou du robot de préparation. Selon l'art antérieur des systèmes accommodant le désalignement dit « RCC », acronyme de « Remote Center Compilant » sont utilisés en assemblage par exemple lorsqu'un robot est utilisé pour assembler une pièce dans un alésage, afin de rendre le dispositif plus robuste vis-à-vis des erreurs de positionnement. Le document US 4 098 001 décrit un tel dispositif RCC. De tels systèmes accommodants sont utilisés en assemblage en combinaison avec une programmation adaptative, dont les positions programmées du robot sont corrigées par apprentissage. Un tel procédé d'assemblage automatisé est décrit dans le document US 4 458 421. Toutefois dans le cas de la préparation à l'assemblage, il ne s'agit pas seulement de positionner un point sur une pièce mais de suivre une trajectoire dans le respect des conditions de mise en oeuvre des outils de préparation, tâches pour lesquelles les dispositifs RCC ne sont pas efficaces. L'invention vise à résoudre les insuffisances de l'art antérieur et concerne à cette 5 fin un robot pour la préparation d'une surface en vue de la réalisation d'un assemblage, lequel robot comprend : a. des moyens de commande d'axe et des moyens de mémoire pour piloter la réalisation d'une trajectoire par un effecteur porté par la tête du robot ; b. un stylet à contact et des moyens pour fixer ledit stylet à la tête du robot, 10 coopérant avec les commandes d'axes du robot pour le positionnement d'un contact détecté avec ledit stylet dans l'espace du robot ; c. des moyens de calcul pour modifier les coordonnées d'une trajectoire théorique comprise dans les moyens de mémoire du robot, en une trajectoire dite corrigée, en fonction des points palpés au moyen du stylet ; 15 d. un effecteur lié à la tête du robot par des moyens accommodants aptes à maintenir un paramètre d'interaction constant, dans un intervalle de tolérance défini, avec la surface à préparer lors de la réalisation de la trajectoire corrigée. Ainsi le robot objet de l'invention combine une trajectoire corrigé pour tenir compte 20 de la forme réelle de la pièce et des moyens accommodants permettant de conserver les outils dans leurs conditions de travail optimales. L'invention concerne également un procédé pour la préparation de la surface d'une pièce de grande dimension notamment en vue de son assemblage avec d'autres pièces, lequel procédé met en oeuvre un robot selon l'invention, et comprend les étapes 25 consistant à : i. charger un programme paramétré correspondant à une trajectoire de décapage, une trajectoire de traçage et une trajectoire de palpage données ; ii. placer, en déplacement commandé manuellement, la tête du robot à 30 proximité de la zone d'assemblage à préparer ; iii. palper manuellement la surface ; iv. enclencher le programme de palpage ; y. corriger les trajectoires de décapage et de traçage ; vi. réaliser les trajectoires de décapage et de traçage corrigées. vii. déplacer en commande manuelle le robot vers une autre zone de préparation ; viii. reprendre à l'étape i) avec un nouveau programme paramétré correspondant à la préparation de ladite zone. Ainsi le procédé objet de l'invention procède par un usinage (dacapage, traçage) par mailles successives, ce qui permet de confiner les écarts de forme et de positionnement par rapport aux parcours théoriques dans les écarts relatifs à la maille 10 et non à toute la pièce. L'invention est avantageusement mise en oeuvre selon les modes de réalisation exposés ci-après lesquels sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Avantageusement, les moyens accommodants sont aptes à maintenir un 15 paramètre d'interaction constant selon une direction normale à la surface préparée au cours de la trajectoire. Ce mode de réalisation est plus particulièrement adapté à la réalisation d'usinages. Selon un mode de réalisation, l'effecteur est un moyen de décapage abrasif et le paramètre d'interaction avec la surface à préparer est la pression des moyens abrasifs 20 sur ladite surface. Selon ce mode de réalisation l'effecteur comprend : - un disque de meulage abrasif rotatif, l'axe de rotation dudit disque étant monté sur la tête de sorte à être sensiblement perpendiculaire à la surface à préparer et lié à ladite tête par une liaison pivot d'axe perpendiculaire à l'axe de rotation ; 25 - des moyens de motorisation pour la mise en rotation du disque configurés de sorte que le poids desdits moyens de rotation crée un couple autour de l'axe de la liaison pivot ; - les moyens accommodants consistant en un ressort de rappel taré en fonction de l'opération de meulage, et agissant sur le disque de meulage de sorte à créer 30 un couple de sens opposé à celui créé par le poids des moyens de motorisation. Ainsi les moyens accommodants tendent à maintenir l'orientation appropriée du disque de meulage par rapport à la surface à préparer, tout en assurant une pression d'application de l'outil adaptée à l'application visée. Alternativement des moyens accommodants élastiques sont associé au poids des moyens de motorisation. Selon un autre mode de réalisation compatible avec le précédent, l'effecteur est un pointeau de traçage à percussion et le paramètre maintenu constant est la distance 5 entre la pointe du pointeau et la surface à préparer. Avantageusement, selon ce mode de réalisation, les moyens accommodants comprennent une cloche s'étendant selon une direction axiale sensiblement perpendiculaire à la trajectoire corrigée, dans laquelle est monté le pointeau à percussion parallèlement à la direction axiale, et qui comporte : 10 - une extrémité de contact apte à entrer en contact avec la pièce à préparer ; - des moyens pour régler la distance entre la pointe du pointeau et l'extrémité de contact de la cloche ; - des moyens de liaison élastiques selon la direction axiale entre ladite cloche et la tête du robot. 15 Avantageusement, l'extrémité de la cloche comporte une pièce de contact constituée d'un matériau résistant à l'usure. Avantageusement, la cloche comporte des évents. Ainsi le mouvement de percussion du pointeau ne provoque pas de compression de l'air dans la cloche. Avantageusement, le robot objet de l'invention comporte des moyens abrasifs et 20 des moyens de marquage sur la même tête et des moyens pour passer de l'un à l'autre. Ainsi l'ensemble de la préparation de la pièce est réalisée sans retour du robot à un point de changement d'outil ce qui améliore la précision de mise en oeuvre du procédé. Selon un mode de réalisation avantageux du procédé objet de l'invention, la trajectoire programmée de traçage comprend un tracé symbolique définissant la 25 référence de la pièce à assembler. L'invention est exposée ci-après selon ses modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et en référence aux figures 1 à 4 dans lesquelles : - la figure 1 montre selon une vue en perspective et de face un exemple de réalisation de la tête d'un robot selon l'invention ; 30 - la figure 2 représente la tête de la figure 1 vue de profile ; - la figure 3 est une vue schématique en coupe AA définie figure 1 ; - et la figure 4 illustre la mise en oeuvre d'une partie des étapes du procédé objet de l'invention. Figure 1, selon un exemple de réalisation la tête du robot objet de l'invention comprend deux effecteurs dont la mise en oeuvre est sélectionnée par une rotation à 900 de ladite tête du robot. Un premier effecteur (110) correspond à un dispositif de 5 meulage à disque. Celui-ci utilise de manière économique une meuleuse à disques, couramment disponible dans le commerce. Selon cet exemple de réalisation ladite meuleuse est liée à la tête du robot par une liaison pivot selon un axe (111) perpendiculaire à l'axe de rotation du disque, de sorte que ladite meuleuse est sensiblement en équilibre autour de cet axe articulation sous l'action du poids du moteur 10 et l'action opposée d'un ressort (112) taré. Ainsi ces moyens accommodants, plus particulièrement l'action du ressort (112), permettent de maintenir une pression de meulage adaptée en fonction de la matière usinée et de l'avance programmée. Figure 2, le deuxième effecteur (210) est selon cet exemple de réalisation un pointeau pneumatique de marquage, associé à une cloche de positionnement (211). 15 Figure 3, la liaison de la coche (211) à la tête du robot comprend un ressort (320) procurant une liaison axialement élastique. Le pointeau pneumatique (310) est lié à ladite cloche (211) qui est appliquée à son extrémité axiale sur la surface (300) à préparer par l'intermédiaire d'une bague (315) permettant un réglage de la distance entre le pointeau et ladite surface (300) à préparer. Typiquement cette distance est 20 réglable entre 2 mm et 8 mm. Ladite bague (315) est constituée d'un matériau résistant à l'usure, par exemple une céramique ou est revêtue par un revêtement dur. Le réglage de la position axiale relative de la cloche (211) et de la bague d'appui (315) est par exemple réalisé par un filetage (non représenté). Avantageusement la cloche comporte des évents (340) latéraux pour éviter la compression de l'air à l'intérieur de la cloche par 25 les mouvements du pointeau (310). Figure 4, selon un exemple de réalisation le procédé objet de l'invention commence par le palpage, en commande manuelle, d'au moins un point (461) déterminant la position de la zone de préparation de surface. À cette fin un stylet de palpage, tel que connu de l'art antérieur, est installé sur la tête du robot. Selon cet 30 exemple de réalisation le point (461) palpé en commande manuelle est au centre de la trajectoire d'usinage de préparation à réaliser. À partir de cette position palpée un programme de palpage, réalisé en mode automatique, effectue au moyen du stylet un palpage de localisation des points remarquables de la trajectoire (450) d'usinage théorique. La position des points réels (462, 463, 464, 465) permet de corriger la trajectoire (450) théorique et d'obtenir la trajectoire (460) corrigée qui est utilisée pour le déplacement des effecteurs. Les moyens d'accommodation desdits effecteurs permettent de compenser les écarts subsistant. La description ci-avant et les exemples de réalisation montrent que l'invention atteint les objectifs visés, en particulier le dispositif et le procédé objet de l'invention permettent de mettre en oeuvre de manière économique et automatisée des opérations 10 de préparation de surface sur des pièces de grande dimension REVENDICATIONS1. Robot pour la préparation d'une surface (300) en vue de la réalisation d'un assemblage, lequel robot comprend : a. des moyens de commande d'axe et des moyens de mémoire pour piloter la réalisation d'une trajectoire (450, 460) par un effecteur (110, 210) porté par la tête du robot ; b. un stylet à contact et des moyens pour fixer ledit stylet à la tête du robot, coopérant avec les commandes d'axes du robot pour le positionnement d'un contact détecté avec ledit stylet dans l'espace du robot ; c. des moyens de calcul pour modifier les coordonnées d'une trajectoire (450) théorique comprise dans les moyens de mémoire du robot, en une trajectoire (460) dite corrigée, en fonction des points (461, 462, 463, 64, 465) palpés au moyen du stylet ; d. un effecteur (110, 210) lié à la tête du robot par des moyens accommodants (112, 320) aptes à maintenir un paramètre d'interaction constant, dans un intervalle de tolérance, avec la surface à préparer lors de la réalisation de la trajectoire corrigée. 2. Robot selon la revendication 1, dans lequel les moyens accommodants sont aptes à maintenir un paramètre d'interaction constant selon une direction normale à la surface (300) préparée au cours de la trajectoire. 3. Robot selon la revendication 2, dans lequel l'effecteur (110) est un moyen de décapage abrasif et le paramètre d'interaction avec la surface à préparer est la pression des moyens abrasifs sur ladite surface. 4. Robot selon la revendication 2, dans lequel l'effecteur (210) est un pointeau (310)de traçage à percussion et le paramètre maintenu constant est a distance entre la pointe du pointeau et la surface à préparer. 5. Robot selon la revendication 3, dans lequel l'effecteur comprend : ^ un disque de meulage abrasif rotatif, l'axe de rotation dudit disqueétant monté sur la tête de sorte à être sensiblement perpendiculaire à la surface à préparer et lié à ladite tête par une liaison pivot d'axe (111) perpendiculaire à l'axe de rotation ; ^ des moyens de motorisation pour la mise en rotation du disque, configurés de sorte que le poids desdits moyens de rotation crée un couple autour de l'axe de la liaison pivot ; ^ les moyens accommodants consistant en un ressort (112) de rappel taré en fonction de l'opération de meulage, et agissant sur le disque de meulage de sorte à créer un couple de sens opposé à celui créé par le poids des moyens de motorisation. 6. Robot selon la revendication 4, dans lequel les moyens accommodants comprennent une cloche (211) s'étendant selon une direction axiale sensiblement perpendiculaire à la trajectoire corrigée, dans laquelle est monté le pointeau (310) à percussion parallèlement à la direction axiale, et comportant : ^ une extrémité (315) de contact apte à entrer en contact avec la pièce à préparer ; ^ des moyens pour régler la distance entre la pointe du pointeau et l'extrémité de contact de la cloche ; ^ des moyens (320) de liaison élastiques selon la direction axiale entre ladite cloche et la tête du robot. 7. Robot selon la revendication 6, dans lequel l'extrémité de la cloche comporte une pièce (315) de contact résistant à l'usure. 8. Robot selon la revendication 6, dans lequel la cloche (211) comporte des évents (340). 9. Robot selon les revendications 5 et 6, comprenant des moyens abrasifs et des moyens de marquage sur la même tête et des moyens pour passer de l'un à l'autre. 10. Procédé pour la préparation de la surface d'une pièce de grandedimension en vue de son assemblage avec d'autres pièce, lequel procédé met en oeuvre un robot selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : i. charger un programme paramétré correspondant à une trajectoire de décapage, une trajectoire de traçage et une trajectoire de palpage données ; ii. placer, en déplacement commandé manuellement, la tête du robot à proximité de la zone d'assemblage à préparer ; iii. palper manuellement la surface ; iv. enclencher le programme de palpage ; y. corriger les trajectoires de décapage et de traçage ; vi. réaliser les trajectoires de décapage et de traçage corrigées. vii. déplacer en commande manuelle le robot vers une autre zone de préparation ; viii. reprendre à l'étape i) avec un nouveau programme paramétré correspondant à la préparation de ladite zone. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la trajectoire programmée de traçage comprend un tracé symbolique définissant la référence de la pièce à assembler.