Brevet FR3153759A1 — publié le 20250411

L’invention concerne un procédé et un dispositif d’assemblage automatisé d’une structure alvéolaire de porte d’aéronef comprenant, d’une part, des poutres longitudinales (P) pourvues de nervures de rigidification et d’une âme centrale prolongée à ses extrémités par des pieds et, d’autre part, des cloisons transversales (C) à équerres, ladite structure étant obturée sur au moins une face par une peau extérieure, le procédé étant mis en œuvre au moyen d’un robot collaboratif (R) piloté par un programme d’ordinateur et portant une série de capteurs (31, 32, 33) et un outil (11) pour le perçage d’alésages (X) destinés à la pose de rivets en vue d’assembler lesdites poutres avec lesdites cloisons, caractérisé en ce que ledit robot, piloté par le programme, se met dans une position d’approche de la structure en détectant, au moyen des capteurs, des zones caractéristiques et accessibles de la porte, lui permettant ainsi de connaitre sa position relative puis pénètre dans chaque alvéole (A) où les capteurs prennent le relais du programme en mesurant les distances séparant le robot de la poutre et des cloisons transversales, de façon à déplacer l’outil en mode itératif via un algorithme adapté utilisant les capteurs et pilotant le robot pour positionner ledit outil en vue du perçage. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 PROCÉDÉ DE PERÇAGE AUTOMATISÉ D’UNE STRUCTURE ALVÉOLAIRE DE PORTE D’AÉRONEF L'invention concerne le domaine de l’aéronautique et, plus particulièrement, un procédé de perçage en vue de l’assemblage d’une structure de porte d’aéronef. De manière générale, de telles portes comprennent une structure alvéolaire dont les alvéoles (dites aussi poches) sont délimitées, longitudinalement, par des poutres présentant une âme centrale pourvue d’éléments raidisseurs sous forme de nervures et se prolongeant à ses extrémités par des pieds et, transversalement, par des cloisons de section en équerre. Cette structure alvéolaire est obturée, sur au moins une face, par une peau formée d’une plaque métallique (tôle d’aluminium) fixée sur les chants des poutres et des cloisons. La liaison entre les poutres et les cloisons est assurée par des séries de rivets posés dans des alésages alignés qui sont réalisés au préalable par perçage des nervures des poutres et des cloisons dans les angles intérieurs des alvéoles. A ce jour, les différentes opérations d’usinage et d’assemblage effectuées à l’échelle industrielle sur des portes d’aéronef sont réalisées au moyen de machines à commande numérique ou robots portant des outils de perçage tels que des forets. Toutefois, ces machines sont lourdes et imposantes. Dans ces conditions et pour obtenir des positionnements précis des alésages destinés au rivetage, on utilise des techniques de recalage local assurant une prise de références de l’outil par rapport a des perçages pratiqués préalablement sur les pièces à percer. Lors du perçage de la peau pour l’assembler à la structure alvéolaire, les perçages localisés sur la peau sont facilement accessibles du fait que le travail s’effectue en dehors de la structure et offre de ce fait un environnement où l’espace libre est suffisant pour la mise en œuvre d’une machine à commande numérique ou d’un robot. Cependant, bien que la précision obtenue avec cette technique soit satisfaisante, il s’avère que les moyens de perçage actuels ne permettent pas d’effectuer des tâches automatisées à l’intérieur d’une structure alvéolaire spécifique ayant un fort taux de raidisseurs, en particulier, du fait des dimensions extrêmement réduites des alvéoles. Ainsi, les opérations traditionnelles de recalage ou de repositionnement sur des pre-perçages se révèlent impossibles dans cette situation. De plus, le travail dans ces zones est souvent accompagné d’impacts dommageables sur la structure de la porte car ces moyens lourds utilisés ne sont pas capables de gérer les interférences. Par conséquent, l’utilisation de ces moyens nécessite, d’abord, une prise de références hors des zones exigües de travail, par exemple, sur des points de perçage de la face supérieure des éléments raidisseurs et, ensuite, l’utilisation de ces références pour opérer au « théorique ». Il en résulte que la précision de la localisation du perçage dépendra principalement de la qualité d’assemblage de la structure ainsi que de la précision de la machine utilisée et de la reproductibilité de sa mise en œuvre. Ainsi, les opérations traditionnelles de recalage ou de repositionnement sur des pre-perçages se révèlent impossibles dans cette situation. Une solution alternative pourrait consister a réaliser des recalages de l’outil sur des points internes de la structure en utilisant les six axes d’un robot précis, par exemple du type à double encodeur, afin de venir réaliser les alésages. Cependant, cette solution s’est révélée inadaptée au perçage d’une structure de porte alvéolaire car elle génère des risques importants de détérioration de cette structure. En effet, des robots surdimensionnés (dont la charge utile est bien plus grande que nécessaire) sont alors utilisés pour ne pas perdre en précision malgré les charges embarquées et l’encombrement des câbles et ombilics de commande. En outre, les temps de programmation de ces robots sont importants et ralentissent les développements de nouvelles structures complexes. Un procédé d’assemblage, et plus particulièrement de perçage d’au moins un alésage dans une ou plusieurs pièces de structures complexes, est décrit dans le brevet FR3124410. Selon ce procédé, les pièces à assembler sont empilées puis enserrées entre des branches amont et aval d’une pince d’un outil de perçage. La branche amont accueille une perceuse munie d’un foret et la branche aval est creuse et ouverte sur l’extérieur. Cependant, il n’existe actuellement aucune solution d’automatisation légère permettant de venir positionner, rapidement et avec une grande précision, des outils de perçage dans une structure alvéolaire du type de celle constituant les portes d’aéronef. En effet, le volume intérieur restreint des alvéoles dans lequel doivent être réalisées les opérations précises de perçage ne permet pas de positionner des systèmes de vision sur des avant-trous. Dans ce contexte et afin que les opérations de perçage soient à la fois automatisables et applicables à un grand nombre de configurations, l’invention a cherché une solution utilisant des moyens plus légers, tels qu’un robot collaboratif dénommé « cobot ». En effet, l’utilisation d’un robot collaboratif permet une plus grande facilité d’accès dans les alvéoles de la structure de porte, une reproductibilité des opérations de perçage (en qualité et en position), ainsi qu’une absence de risques d’endommagement de la structure tant en phase de développement que de production en série. Ce but est atteint, selon l’invention, au moyen d’un procédé de perçage automatisé d’une structure alvéolaire de porte d’aéronef comprenant, d’une part, des poutres longitudinales pourvues de nervures de rigidification et d’une âme centrale prolongée à ses extrémités par des pieds et, d’autre part, des cloisons transversales à équerres, ladite structure étant obturée sur au moins une face par une peau extérieure, le procédé étant mis en œuvre au moyen d’un robot collaboratif piloté par un programme d’ordinateur et portant une série de capteurs et un outil pour le perçage d’alésages destinés à la pose de rivets en vue d’assembler lesdites poutres avec lesdites cloisons, caractérisé en ce que ledit robot, piloté par le programme, se met dans une position d’approche de la structure en détectant, au moyen des capteurs, des zones caractéristiques et accessibles de la porte lui permettant ainsi de connaitre sa position relative puis pénètre dans chaque alvéole où les capteurs prennent le relais du programme en mesurant les distances séparant le robot de la poutre et des cloisons transversales, de façon à déplacer l’outil en mode itératif via un algorithme adapté utilisant les capteurs et pilotant le robot pour positionner ledit outil en vue du perçage. Selon une caractéristique avantageuse du procédé de l’invention, les zones caractéristiques de la porte comprennent des points et des surfaces extérieures des poutres et des cloisons. Selon une variante spécifique de mise en œuvre du procédé de l’invention, les capteurs mesurent, en outre, la distance séparant le robot de la peau. Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé de l’invention, les mesures de distance entre le robot et la poutre portent, respectivement, sur la distance séparant le robot de l’âme de la poutre et la distance séparant le robot d’un pied de la poutre. Selon encore une autre caractéristique du procédé de l’invention, la position d’approche du robot est déterminée via un référentiel extérieur utilisant les mesures issues des capteurs. De préférence, la position du robot est déterminée via un mode itératif par des capteurs laser donnant une position précise de l’outil de perçage par rapport à la position prévue des alésages sur les poutres et les cloisons. Selon une autre caractéristique du procédé de l’invention, on assure, en outre, un serrage de la structure préalablement et pendant le perçage. Selon d’autres caractéristiques du procédé de l’invention, le perçage est réalisé au travers des nervures de rigidification des poutres et des équerres des cloisons. Un autre objet de l’invention est un dispositif pour la mise en œuvre du procédé tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que l’outil de perçage est monté sur un bras de support coudé fixé sur une bride du robot. De préférence, les capteurs sont des capteurs laser et le robot est un robot collaboratif Selon une variante préférentielle de réalisation du dispositif d’assemblage de l’invention, l’outil de perçage est couplé à un organe de serrage monté de façon mobile en vis-à-vis. Selon une caractéristique avantageuse du dispositif de l’invention, la série de capteurs comprend au moins deux capteurs montés sur le bras de support de l’outil. Selon une variante de réalisation du dispositif de l’invention, la série de capteurs comprend, en outre, un troisième capteur destiné à mesurer la distance séparant l’outil du plan à percer et la position angulaire de l’outil. Encore un autre objet de l’invention est un programme d’ordinateur pour la mise en œuvre du procédé d’assemblage automatisé tel que défini ci-dessus et destiné à piloter le dispositif de l’invention. Le procédé de l’invention utilise un robot collaboratif qui permet de réduire les coûts de fabrication des portes d’aéronef du fait que les postes de perçage et d’assemblage de la structure sont simplifiés. En outre, le procédé de l’invention permet d’éviter les risques de détérioration de la structure grâce aux retours d’efforts détectés par les robots collaboratifs. Le procédé est, par ailleurs, plus flexible que les procédés antérieurs car le dispositif portant l’outil de perçage peut se déplacer aisément et rapidement sur plusieurs zones de la chaîne de fabrication et la précision des mesures géométriques effectuées par les capteurs permettent de réaliser des opérations de perçage de très grande qualité qui sont reproductibles. PRÉSENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit, en référence aux dessins annexés sur lesquels : FIG. 1 est un logigramme présentant les étapes d’un mode de mise en œuvre préférentiel du procédé d’assemblage de l’invention. FIG. 2 est une vue d’ensemble en perspective d’un mode de réalisation du dispositif utilisé par le procédé de l’invention. FIG. 3 est une vue de détail de l’outil de clampage/perçage intégré dans le dispositif de la FIG. 2 . FIG. 4 est une vue de détail de l’outil de clampage/perçage de la FIG. 3 lors de la mise en œuvre du procédé de l’invention dans une alvéole de structure de porte d’aéronef. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont indiqués par des signes de référence identiques dans la description qui va suivre et sur les figures. Naturellement, les modes de réalisation de l’invention illustrés schématiquement par les figures présentées ci-dessus et décrites ci-après, ne sont donnés qu'à titre d’exemples non limitatifs. Il est explicitement prévu dans le cadre de l’invention que l'on puisse proposer et combiner entre eux différents modes pour en proposer d'autres. DESCRIPTION DÉTAILLÉE L’invention concerne les portes d’aéronef et s’intéresse, plus particulièrement, à un procédé et à un dispositif associé destinés à l’assemblage automatisé d’une structure alvéolaire de porte d’aéronef. De manière traditionnelle, une telle structure réalisée en aluminium (ou en un alliage métallique) comprend, d’une part, des poutres longitudinales pourvues de nervures de rigidification et d’une âme centrale prolongée à ses extrémités par des pieds et, d’autre part, des cloisons transversales C à équerres. Cette structure est préalablement pourvue, sur une première face, d’une peau extérieure solidarisée aux poutres longitudinales et est, le cas échéant, après assemblage des cloisons intérieures transversales, obturée sur son autre face par une plaque formant une peau en vis-à-vis sensiblement analogue. L’invention vise à réaliser l’automatisation des opérations de perçage des éléments internes de cette structure, à savoir poutres et cloisons en vue de leur assemblage. De manière générale les procédés de perçage d’une telle structure sont effectués au moyen d’un robot collaboratif piloté par un programme d’ordinateur. Ce robot porte une série de capteurs et un outil (tel qu’un foret), pour le perçage d’alésages destinés à la pose de rivets (non représentés) en vue d’assembler les poutres P avec les cloisons C à l’intérieur des alvéoles A de la structure ( FIG. 4 ). Plus précisément, le perçage est réalisé au travers des nervures de rigidification des poutres et des équerres des cloisons qui sont maintenues en contact par clampage. Les robots collaboratifs (dénommés « cobots ») sont légers et de dimensions restreintes compatibles avec les dimensions des alvéoles de la structure et présentent donc une flexibilité importante. Toutefois, ces robots opèrent avec une précision moindre sous charge variable et sont soumis a des variations d’efforts liées aux ombilics. L’invention consiste néanmoins à utiliser un tel « cobot » tout en résolvant les inconvénients propres à ce type de robot. Ainsi, selon le procédé de l’invention et comme illustré par le logigramme de la FIG. 1 , le robot piloté par le programme se met, à partir d’une position d’attente, dans une position d’approche de la structure en détectant, au moyen des capteurs, des zones caractéristiques et accessibles de la porte lui permettant ainsi de connaitre sa position relative. La position d’approche du robot est ainsi déterminée via un référentiel extérieur utilisant les mesures issues des capteurs et se situe à l’entrée d’une alvéole A de la structure de porte. Les zones caractéristiques de la porte sont constituées de points et de surfaces extérieures des poutres P et des cloisons C. Le cas échéant, les capteurs mesurent, en outre, la distance séparant le robot R de la peau de la structure. Ces capteurs sont, de préférence, des capteurs laser donnant une position précise de l’outil de perçage par rapport à la position prévue des alésages X sur les poutres et les cloisons. Puis, dans un second temps, le robot R, ou tout au moins le porte-outil, pénètre dans chaque alvéole A où les capteurs prennent le relais du programme en mesurant les distances séparant le robot R de la poutre P et des cloisons C, de façon à déplacer l’outil en mode itératif dans l’alvéole, via un algorithme adapté utilisant les capteurs et pilotant le robot pour positionner l’outil en vue du perçage. L’outil positionné par le robot est associé à un organe assurant un clampage préalable sur la structure ainsi que pendant le perçage des alésages. Les mesures de distance entre le robot et la poutre portent, respectivement, sur la distance séparant le robot R de l’âme de la poutre P et sur la distance le séparant d’un pied de cette poutre. Sur la FIG. 1 , il est prévu un nombre X de perçages à réaliser dans chaque alvéole A1, … An de la structure par réitération cyclique du procédé. La FIG. 2 représente un mode de réalisation d’un dispositif 1 pour la mise en œuvre du procédé de perçage et d’assemblage décrit ci-dessus. Dans ce dispositif, l’outil de perçage 11 (par exemple un foret) est monté sur un bras de support 10 fixé sur une bride B du robot R. L’outil de perçage 11 est couplé avec un organe de serrage 12 qui est monté en vis-à-vis sur le bras 10 à la manière d’une mâchoire en C. L’organe 12 est mobile en translation de façon à régler sa position par rapport à l’outil 11 et à enserrer la nervure de la poutre P et l’équerre de la cloison C préalablement et pendant le perçage, comme illustré par la flèche sur la FIG. 4 . De préférence, les capteurs sont ici des capteurs laser montés sur le bras 10 à proximité immédiate de l’outil de perçage 11 et de l’organe de serrage 12. La série de capteurs comprend ici au moins deux capteurs 31, 32 et, le cas échéant, un troisième capteur 33 destiné à mesurer à la fois la distance séparant l’outil 11 de perçage du plan à percer et sa position angulaire, comme illustré par la FIG. 3 . Procédé d’assemblage automatisé d’une structure alvéolaire de porte d’aéronef comprenant, d’une part, des poutres longitudinales (P) pourvues de nervures de rigidification et d’une âme centrale prolongée à ses extrémités par des pieds et, d’autre part, des cloisons transversales (C) à équerres, ladite structure étant obturée sur au moins une face par une peau extérieure, le procédé étant mis en œuvre au moyen d’un robot collaboratif (R) piloté par un programme d’ordinateur et portant une série de capteurs (31, 32, 33) et un outil (11) pour le perçage d’alésages ( X) destinés à la pose de rivets en vue d’assembler lesdites poutres avec lesdites cloisons, caractérisé en ce que ledit robot, piloté par le programme, se met dans une position d’approche de la structure en détectant, au moyen des capteurs, des zones caractéristiques et accessibles de la porte, lui permettant ainsi de connaitre sa position relative puis pénètre dans chaque alvéole (A) où les capteurs prennent le relais du programme en mesurant les distances séparant le robot de la poutre et des cloisons transversales, de façon à déplacer l’outil en mode itératif via un algorithme adapté utilisant les capteurs et pilotant le robot pour positionner ledit outil en vue du perçage. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones caractéristiques de la porte comprennent des points et des surfaces extérieures des poutres et des cloisons. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les capteurs mesurent, en outre, la distance séparant le robot de la peau. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les mesures de distance entre le robot et la poutre portent, respectivement, sur la distance séparant le robot de l’âme de la poutre et la distance séparant le robot d’un pied de la poutre. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la position d’approche du robot est déterminée via un référentiel extérieur utilisant les mesures issues des capteurs. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la position du robot est déterminée via un mode itératif par des capteurs laser donnant une position précise de l’outil de perçage par rapport à la position prévue des alésages sur les poutres et les cloisons. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on assure un serrage de la structure préalablement et pendant le perçage. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le perçage est réalisé au travers des nervures de rigidification des poutres et des équerres des cloisons. Dispositif (1) pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’outil de perçage (11) est monté sur un bras (10) de support coudé fixé sur une bride (B) du robot (R). Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les capteurs (31, 32, 33) sont des capteurs laser. Dispositif selon l’une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le robot est un robot collaboratif (R). Dispositif selon l’une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l’outil de perçage (11) est couplé à un organe de serrage (12) monté de façon mobile en vis-à-vis. Dispositif selon l’une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la série de capteurs comprend au moins deux capteurs (31, 32) montés sur le bras (10) de support de l’outil de perçage (11). Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la série de capteurs comprend, en outre, un troisième capteur (33) destiné à mesurer la distance séparant l’outil (11) du plan à percer et la position angulaire dudit outil. Programme d’ordinateur pour la mise en œuvre du procédé d’assemblage automatisé selon l’une des revendications 1 à 8.