CA2002513C - Methode et dispositif de detection automatique du profil d'une surface et en vue d'effectuer un travail - Google Patents
Methode et dispositif de detection automatique du profil d'une surface et en vue d'effectuer un travailInfo
- Publication number
- CA2002513C CA2002513C CA002002513A CA2002513A CA2002513C CA 2002513 C CA2002513 C CA 2002513C CA 002002513 A CA002002513 A CA 002002513A CA 2002513 A CA2002513 A CA 2002513A CA 2002513 C CA2002513 C CA 2002513C
- Authority
- CA
- Canada
- Prior art keywords
- rail
- work
- instrument
- arm
- control circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P23/00—Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass
- B23P23/04—Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass for both machining and other metal-working operations
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/42—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine
- G05B19/4202—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine preparation of the programme medium using a drawing, a model
- G05B19/4207—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine preparation of the programme medium using a drawing, a model in which a model is traced or scanned and corresponding data recorded
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
- G05B2219/39468—Changeable hand, tool, code carrier, detector
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/45—Nc applications
- G05B2219/45104—Lasrobot, welding robot
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49362—Tool, probe at constant height to surface during machining
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
- G05B2219/50153—Mount machining unit on workpiece, move unit on it
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
- G05B2219/50214—Refurbish, refinish, reprofile, recondition, restore, rebuild profile
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
- G05B2219/50356—Tool perpendicular, normal to 3-D surface
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
- Image Processing (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
METHODE ET DISPOSITIF DE DETECTION AUTOMATIQUE DU PROFIL D'UNE SURFACE ET EN VUE D'EFFECTUER UN TRAVAIL Une méthode et un dispositif de détection automatique du profil de la surface d'un objet permettant d'y effectuer un travail. Un rail est fixé par rapport à la surface et un élément robotique motorisé peut se déplacer sur le rail par l'entremise d'un élément motorisé auquel il est accouplé. L'élément robotique est muni d'un bras manipulateur lequel est rattaché à l'élément robotique de façon à pouvoir se déplacer, et possède un ou plusieurs instruments de travail qu'on peut lui rattacher. Un circuit de contrôle est associé à l'élément robotique permettant de faire déplacer ce dernier et de manier le bras manipulateur et l'instrument de travail. Un capteur est relié au bras manipulateur et possède une sonde permettant de détecter une distance mesurée le long d'une normale à la surface ou à toute surface, calculée par le circuit de contrôle et présumée être représentative de la surface dans une zone de travail circonscrite de l'élément robotique et du bras manipulateur. Le capteur transmet des données d'informations au circuit de contrôle ce qui permet de déterminer les endroits ayant subi des dommages et qui requièrent qu'un ou plusieurs des instruments de travail procèdent à des travaux. La trajectoire de l'instrument est alors automatiquement établie par le système robotique pour déterminer l'emplacement requis de l'instrument par rapport à la surface.
Description
:- 200251 3 ARRIERE PLAN DE L'INVENTION:
- Champ de l'invention - La présente invention est relative à une méthode et un dispositif de détection automatique du profil d'une surface d'un objet, notamment une section d'une roue de turbine hydraulique d'une station génératrice d'électricité, permettant d'effectuer un travail notamment la réparation de dommages causés par cavitation, plus particulièrement, à
l'utilisation d'un système robotisé pour la réparation sur . ~
site de tels dommages.
i`
è Description de l'art antérieur .. , ~
L'origine de la présente invention réside dans la solution du problème causé par la réparation des roues mobiles de turbines hydrauliques dans les stations génératrices d'électricité, lequelles sont souvent endommagees par cavitation causées l'érosion. Ces roues mobiles subissent souvent des dommages sérieux qui nécessitent des réparations considérables, extrêmement coûteuses à cause de la longue période d'arrêt de la roue mobile et de la difficulté à effectuer de telles réparations.
La façon la plus économique de réparer ces turbines est d'effectuer la reparation de la roue mobile dans le puits de turbine. Les étapes impliquees dans la réparation comportent le gougeage et/ou le meulage pour enlever le métal en mauvais état, suivi d'un remplissage des cavités obtenues par gougeage. Enfin, la cavité remplie par soudage doit être meulée pour redonner le profil initial à l'aube. Pendant ces opérations effectuées dans l'espace confiné du puits de turbine, les travailleurs sont exposés à certains de dangers incluant les fumées, le bruit, les éclaboussures, les radiations de l'arc, et les projections de particules de ,~ ~,,"^~ .
~ 2 ~ ~
.~
20025~ 3 ;:.
...
métaux durant le meulage. De plus, l'accès limité aux zones endommagées obligent souvent les travailleurs à prendre des positions inhabituelles et non confortables.
Pour remédier aux problèmes inhérents a de telles réparations, le travailleur doit utiliser des pieces de soudure équipées de filtre d'air et avoir recours a une source d'air frais, et doit se munir de ventilateurs de grande dimension pour ventiler la zone de la roue de turbine.
Néanmoins, ceci constitue toujours un environnement difficile ou travailler, et il est possible que des dangers à la santé
subsistent à cause d'une mauvaise aération et de conditions de travail peu confortables. Tout ceci contribue à un effet adverse significatif sur la productivité et peut aussi influencer la qualité et la l'intégralité de la réparation.
Il existe dans l'art antérieur quelques systèmes : .:
mécanisés qui sont montés sur un rail et qui peuvent transporter un outil et le déplacer à la surface d'une pièce ;~-et à une vitesse que l'opérateur peut modifier. Un type de système de ce genre, utilise un rail déformable qui peut s'ajuster à la courbure d'une surface et habituellement selon un ou deux axes droits et perpendiculaires entre eux. Si l'on utilise un tel système pour effectuer un travail sur une surface à génération complexe, il faut qu'entre chaque . .
balayage ou passage de l'instrument de travail, l'opérateur fasse des ajustements de l'appareil, notamment en déplaçant le rail, avant que l'appareil n'effectue une seconde passe~
On connaît un autre système où l'appareil peut balayer une surface sans intervention de l'opérateur, mais ces surfaces doivent être régulières notamment, cylindriques l'instrument robotique étant alors maintenu parallele a la surface. Un ..: .
` exemple d'appareil robotique de ce type est celui utilisé `~
~` pour la déposition par soudage d'un revêtement interne d'un ;~
. .
~ 3 _ ~ ~
i,:,: ::
cylindre à l'aide d'une torche de soudage. Cependant, le cylindre possède une surface parfaitement ronde et il n'est pas nécessaire d'ajuster l'appareil.
; Pour réaliser des travaux sur des surfaces à
~I génération complexe on peut envisager de faire appel à un ~j robot industriel typique fonctionnant sur le principe du ir3 playback. On apprendra alors au robot, point par point, la trajectoire de l'outil nécessaire pour balayer toute la surface. Ceci peut représenter des milliers de points sur ,., N une surface donnée, et la programmation ou l'apprentissage est très long. Cela en vaut la peine si la tâche destinée au robot doit être accomplie un grand nombre de fois, notamment dans le cas de la soudure par point d'une structure bien précise ou de tout autre dispositif. Cependant, ce système n'est pas disponible lorsqu'on veut l'utiliser pour réparer ~ des objets, tels que des roues de turbines alors que chaque i réparation possède sa propre géométrie. De plus, ces robots i~ industriels sont trop gros, lourds et trop encombrants pour i être attachés à un objet sur lequel on veut faire des travaux, sur site, dans un endroit où l'espace est restreint, notamment dans un puits de turbine.
Un aspect de la présente invention réside en une méthode et un dispositif de détection automatique du profiI
d'une surface afin de déterminer ce dernier dans son . .
, intégrité et effectuer automatiquement un travail dans le but de réparer toutes irrégularités sur cette dernière, notamment ;
des cavitations ou autres imperfections.
Un autre aspect de la présente invention réside en une méthode et un dispositif utilisant un système robotique de détection automatique du profil de la surface d'un objet, ::
pour effectuer un travail sur site.
~' ~ 4 ;;~
:, '' : ' ~0025 1 3 Un autre aspect de la presente invention reside en une methode et un dispositif petit, portatif, ~ ~ auto-programmable et facilement attachable à une surface de c travail pour detecter automatiquement le profil d'une portion ., de ladite surface et y effectuer un travail.
~; Un autre aspect de la presente invention reside en une methode et un dispositif de detection automatique du ~ profil de la surface d'un objet et y effectuer un travail, ;~ caractérisé en ce que l'on utilise un système robotique qui ,......................................................................... . .
i~ auto-programme le travail et effectue automatiquement ce ~ dernier tout en permettant à un operateur d'intervenir pour 'd effectuer une commande ou assister dans la determination et .... .
la sequence des étapes de travail.
` Un autre aspect de la présente invention réside en ~; une méthode et un dispositif de détection automatique du profil de la surface d'un objet, notamment sur la roue d'une turbine hydraulique, et d'effectuer un travail dans le but de réparer un dommage causé par cavitation ou des imperfections, caractérisés en ce que le travail comporte le gougeage, le soudage et le meulage.
Un autre aspect de la présente réside en une : .
; méthode et un dispositif de détection automatique du profil ~ - ~
, . . .
~- de la surface d'un objet dans le but d'effectuer un travail, - caractérisés en ce que le dispositif est sensiblement -, complètement automatisé et facile à installer et manier.
~ . ~ , . , i`~ Selon les aspects mentionnés ci-dessus, dans son ~ sens le plus large, la présente invention prévoit un appareil ~
-~ de détection automatique du profil de la surface d'un objet - ~-permettant d'y effectuer un travail. Le dispositif comprend ~ -'~ un rail qui peut être fixé par rapport à la surface. Un élément robotique motorisé peut être fixé au rail et comporte un élément motorisé muni d'un moyen d'accouplement avec le j ~ ~ 5 ~ ~ ~
,, ', ;
~ 2~025 1 3 .', rail et fixé au rail pour faire déplacer l'élément robotique à une vitesse et en position prédéterminées le long du rail.
Un bras manipulateur est rattaché à l'élément robotique de façon à pouvoir se déplacer. Le bras manipulateur possède un ou plusieurs instruments de travail qui peuvent lui être fixés. Un circuit de contrôle est associé à l'élément .. . . . .
'` robotique permettant de faire déplacer ce dernier et de .~; , , manier le bras manipulateur et l'instrument de travail. Un ., capteur est relié au bras manipulateur et possède une sonde de détection d'une distance mesurée le long d'une normale à
ladite surface ou à toute surface, calculée par le circuit de contrôle et présumée représentative de ladite surface dans ,, , une zone de travail circonscrite de l'élément robotique et du bras manipulateur. Le capteur transmet les données d'information des coordonnées X, Y, et Z au circuit de :
contrôle pour déterminer la géométrie de la surface de la zone de travail et le profil des surfaces de la zone de travail nécessitant qu'un ou plusieurs instruments de travail procèdent à des travaux.
,:, Selon un autre aspect large, la présente invention ~- prévoit une méthode de détection automatique du profil d'une surface permettant d'y effectuer un travail. La méthode comporte les étapes de fixer un rail de support sur une i section de la surface. Un élément robotique motorisé est ~' relié au rail et ce dernier est muni d'un bras manipulateur ;3 rattaché à l'élément robotique de façon à pouvoir se '~ déplacer. Un capteur est relié au bras manipulateur et un circuit de contrôle est associé à l'élément robotique.
L'élément robotique et le bras manipulateur se déplacent : s ~ respectivement le long des coordonnées X et Y, d'une zone `~ circonscrite de travail au voisinage des rails tout en ~ détectant la distance entre la surface et un point de .".
.
., ~0025 1 3 ;.
.réference du bras le long de la coordonnee Z, et produisant et emmagasinant des impulsions de données d'informations se ~,- rapportant aux coordonnées X, Y, et Z afin de déterminer le .:, profil de la surface et détecter les endroits où il existe ::des irrégularités de surface dans la zone de travall. On .
:choisit alors une série de points de coordonnees autour d'une ~:
surface irregulière pour déterminer un plan de référence basé ~.
sur trois des points, et pour trouver la projection de tous ~ .
:~les points sur ce plan afin de déterminer le profil polygonal .
.,dans le plan et emmagasiner les impulsions représentatives de ce dernier. On choisit un instrument et on le relie au bras manipulateur et l'on effectue le travail dans la surface définie par ce polygone.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS:
:~Une réalisation préférée de la présente invention sera maintenant décrite en référence aux dessins annexes dans .
lesquel ~:
~La FIGURE 1 est une perspective partielle ::~
:illustrant l'appareil de la presente invention fixé sur une ~-isection d'une roue de turbine hydraulique; ~.
.. :: . . :: . : la FIGURE 2 est une vue de côte illustrant la :
façon selon laquelle le dispositif est fixe à une surface ~-i courbe; :;`
j la FIGURE 3 est une perspective schématique illustrant le dispositif en position de balayage d'une surface d'un cylindre; la forme et l'orientation du rail étant telles qu'aucun ajustement n'est requis selon l'axe Z; ; .-la FIGURE 4 est une vue similaire à celle de la ~Figure 3, sauf qu'elle illustre le dispositif en position de .~balayage d'une surface courbe complexe; dans ce cas, l'ajustement selon l'axe Z est nécessaire pour suivre la ~- :
surface; ~
', ,~ .
:, :
la FIGURE 5 est une perspective d'une zone de travail du dispositif montrant l'identification d'une série de coordonnées autour d'un endroit endommagé qu'on a choisi;
la FIGURE 6 est un schéma montrant le calcul d'un ', plan (dans l'espace X, Y, Z,) basé sur trois points (dans le cas présent Pl, P2. et P4), et le tracé automatique du profil . polygonal dans ce plan;
;~, la FIGURE 7 est un schéma montrant la formation ..;
automatique de la trajectoire du point final de l'instrument ;~ à l'intérieur du polygone où doit se situer le travail;
,: les FIGURES 8A et 8M sont des vues en coupe d'une ,.......... zone de cavitation montrant une série de travaux destinés à
~, la reparation automatique de cette dernière en utilisant le ~:
~ dispositif selon la presente invention;
'~ les FIGURES 9A et 9C sont des perspectives illustrant une zone de travail demarquee par le dispositif et , montrant les dommages de cavitation et le gougeage produit par ces dommages;
~ la FIGURE 9B est une.~vue en plan illustrant les ;~ passages d'un outil de gougeage pour reparer les dommages dûs à la cavitation illustres en Figure 9A;
':1 la FIGURE 10 est un schema en plan montrant la disposition de diverses instruments associés avec le bras manipulateur de l'element robotique;
;,~
la FIGURE 11 est un schema-bloc du circuit de contrôle d'un dispositif selon la presente invention et ainsi . ~, .
:-~ que de l'instrumentation qui lui est associe; ~
~., les FIGURES 12A et 12B sont des vues en elévation ~ :
~i de face et de côté montrant l'agencement typique d'un outil 1 de meulage fixe au bras manipulateur; et : ;
`. la FIGURE 13 est une vue de côte montrant un .,~! instrument de soudage typique fixe au bras manipulateur.
;, s ` 200251 3 ... :
~ DESCRIPTION DE REALISATIONS PREFEREES:
.: , En se référant maintenant aux dessins, et plus particulièrement aux Figures 1 et 2, on illustre généralement ` en 10 le dispositif robotique de la présente invention, lequel détecte automatiquement le profil d'une surface, dans le cas présent la surface d'une section d'aube 11 de la roue ::
12 d'une turbine hydraulique. Le dispositif comprend un rail 13 que l'on voit ici supporté au-dessus de la surface métallique 11 au moyen d'un support à rail 14. Le support à
rail 14 et le rail 13 sont tous les deux conformés au profil de la surface 11. Comme on l'illustre, le support a rail 14 est maintenu au-dessus de la surface 11 au moyen de jambes de supports ajustables 15 fixés à demeure sur la surface 11 au moyen de points de soudure 16, comme on le voit sur la Figure ' Les jambes de support 15 sont de plus reliées à
pivot sur le support a rail 14 par une connection a charnières 17. Un boulon d'ajustement 18 traverse une fente 19 prévue dans les jambes 15 pour permettre d'ajuster la longueur de ces dernieres. Le joint a pivot et le boulon d'ajustement permettent d'obtenir un ajustement final afin de placer adéquatement le rail sur la surface de travail 11 de sorte que le rail soit sensiblement parallele a la surface.
,::ij :~ ~
~- Ainsi qu'on le voit sur la Figure 1, le dispositif selon la présente invention comporte un élément robotique il motorisé 20 qui peut être fixé au rail 13 par l'entremise ~ d'un enclenchement a rail 21 commandé par un moteur 22 prévu -~ a l'intérieur de l'élément robotique 20 de façon a faire `~1, déplacer ce dernier a une vitesses prédéterminée et le placer le long du rail 13. Un bras manipulateur 23 est accouplé a l'élément robotique de façon a pouvoir se déplacer et se déplace transversalement au rail 14. De plus, le bras :. `` 20~251 3 manipulateur 23 est muni d'un ou plusieurs instruments de : .:
travail 24, ainsi qu'on va le décrire plus loin, lesquels - peuvent être reliés au bras.
- Ainsi qu'on le voit sur la Figure 3, un capteur 25 est relié au bras manipulateur 23 et possède une sonde 26 reliée au capteur pour détecter la distance (le long d'une coordonnée Z) entre la surface 11 et la bras 23, ou tout ;~ point de référence qui s'y rapporte, dans une zone de travail démarquée dont les limites sont fixées par les coordonnées X, -~ et Y de l'élément robotique et du bras manipulateur, respectivement. Le capteur 25 transmet des impulsions -; relatives aux coordonnées X et Y de même qu'à la coordonnée Z
. :~
au circuit de contrôle 27, ainsi qu'on le voit sur la Figure 11. Un bras 28 est utilise pas l'opérateur pour maintenir le bout de la sonde 26' contre la surface 11 et pour faire deplacer la sonde manuellement le long des coordonnées X et Y. Le bras est muni d'une portion mobile de raccordement 23' permettant le déplacement de la sonde 26 le long de l'axe Z.
Le capteur constitue une partie essentielle du système robotique et détecte le couple force/moment du déplacement de v~
~ la sonde 26. Le capteur est fabriqué par GR 3 de Californie ,,i et comporte une enceinte electronique pour le traitement du . . , ~, , .
~ signal et une matrice de calibration "cross sensitivity". ~
. i .
Des feuillets indicateurs d'effort sont disposes dans le ;~ capteur 25 cylindrique pour mesurer les micro-efforts 1~ resultants de forces et moments gui lui sont appliques par le ;7 ~; deplacement du bras 28 et/ou le mouvement de la pointe de la .~ sonde 26' contre la surface 11. Le capteur produit des ~ ~-¦ impulsions analogiques qui sont amplifiees et filtrees et converties en dans des valeurs force/moment appliquées. Le ~ -circuit de contrôle 27 analyse ces valeurs et détermine les ~
~, ~
` zones endommagées à l'intérieur d'un environnement de travail .,., :
~: ~ " : -,:;, .~'~ .
;;.' ' ' .,, ' ' ' .
delimite par le deplacement du robot et du bras le long des axes X et Y. De plus, le circuit de controle determine la procedure et le choix des instruments de travail, ainsi qu'on le verra plus loin.
:; `
La Figure 3 illustre le robot fixe à une surface cylindrique 11 où les axes X et Y sont generalement ~` parallèles et où la pointe de la sonde 26' ne subit généralement aucun déplacement le long de l'axe Z.
~- En se référant maintenant à la Figure 4, on montre . -- . .
~` une surface differente 11', laquelle n'est pas cylindrique ; `
mais gauche. Le rail 13 est forme pour suivre la surface le `
,~, ,; . , long de l'axe 29 lequel est l'axe X suivi par le bras 23 lorsque l'element robotique 20 se deplace le long du rail 13.
Cependant, lorsque la sonde 26 se déplace le long de l'axe Y, on devra faire déplacer le bras utilisateur 28 le long de l'axe Z et exercer une pression, si nécessaire, pour ~ ~ ;
,.~,~ . . .::
~' maintenir la pointe de la sonde 26 en contact avec la surface ~J
11', laquelle surface est courbe par rapport à l'axe Y 30.
Le capteur 25 contrôle la force de contact et le système contrôle cette force de facon à ce qu'elle s'adapte a une valeur constante prédéterminée. Il sera évident à l'homme de l'art que la sonde 26 et le bras pourront être remplacés par un dispositif de mesure à faisceau qui mesure automatiquement .
^~ la distance entre la surface et un point de référence associé
- avec le bras 23 alors que toute l'opération et le balayage de la surface dans la zone de travail peuvent etre accomplis de i fa~on automatique. Le système décrit dans ce texte utilise l'intervention d'un operateur pour indiquer au circuit de ~ contrôle l'emplacement de l'endroit endommage. Cette r~ opération pourrait être rendue automatique si toute la zone ` de travail était etablie par la sonde.
-:~i ~
Selon une réalisation de l'invention, on peut se passer de l'établissement de la zone de travail et utiliser un opérateur qui détectera une imperfection dans la zone de travail démarquée par les axes X - Y. L'opérateur place la pointe de la sonde 26' le long d'une série de points coordonnés Pl à P8, tel qu'illustré en Figure 5, pour démarquer la zone endommagée 31 sur la surface 11. Ces points sont situés à l'extérieur de la zone endommagée à une distance telle que les lignes qui relient les points n'interfèrent pas avec la zone endommagée 31. Le circuit de contrôle analyse ces points emmagasinés dans la mémoire, génère une surface plane basée sur trois points utilisant la surface plane comme référence, et calcule un contour polygonal délimité en projettant les points sur ce plan, le long d'une normale au plan, tel qu'illustré en Figure 6. De plus, tel qu'on le montre sur la Figure 7, le circuit de contrôie determine aussi la trajectoire parallèle ou les passages d'un instrument de travail à l'intérieur d'un plan delimite par le contour polygonal. Cette surface de reference plane calculee (generée par trois points de coordonnées) est une surface courbe résultant de la courbure du rail et de la trajectoire du robot sur ce dernier entre les points choisis. Cependant, cette surface courbe calculée n'est. pas exactement conforme à la surface réelle parce que la courbure du rail n'est pas absolument identique à la courbure de la zone à l'intérieur du contour polygonal. Si pour une application donnée, l'erreur est trop grande, la position de l'instrument doit être adaptativement corrigée le long de la trajectoire utilisant des moyens tels que le contrôle de la longueur de l'arc pour le soudage, le contrôle du feedback de force pour le meulage; en d'autres mots, le robot contrôle certains des paramètres de l'instrument et 4. 12 ."~ .
`:~
:
ajuste automatiquement la position de ces derniers par rapport à la surface de travail. L'opérateur peut aussi choisir des points de coordonnées additionnels à l'intérieur du contour polygonal peut segmenter le contour polygonal en des sous-zones où le travail peut être accompli en deux ou - plusieurs phases. La distance entre chaque balayage, tel qu'illustré en 32 dans la Figure 7, programmé par l'opérateur x` sur une console clavier 56 (cf. Fig. 11) et le parcours .... .
~ suivit par l'instrument peut aussi être programmé de fa~on i, '~ automatique ou par l'opérateur puisque le circuit de contrôle connaît tous les points de coordonnées le long du contour polygonal qui a été segmenté.
Selon une autre réalisation de l'invention, .` l'opérateur choisit d'autres points de coordonnées à
,~ . .
l'intérieur du coutour polygonal et le système de contrôle ;~
calcule une surface bicubique la mieux adaptée à ces points, `~
au lieu d'une surface plane. Cette approche diminue l'erreur entre la surface calculée et la surface réelle.
.-;3 ; Selon une autre réalisation de l'invention, la , surface est choisie de façon automatique par un capteur monté
~ sur un bras de robot et une carte de la zone de travail est - produite en se basant sur une collection de points distribués de façon homogène autour de cette surface. On effectue une ~ interpolation bicubique entre les points pour donner une !~ ' représentation entière de la zone de travail. De plus, on calcule la configuration définitive requise après avoir complété la préparation en effectuant un calcul par interpolation bicubique à partir des surfaces qui n'ont pas été endommagées. Le système de contrôle calcule les ~i trajectoires de l'instrument sur la surface ainsi calculée, ` ~
: :
- Champ de l'invention - La présente invention est relative à une méthode et un dispositif de détection automatique du profil d'une surface d'un objet, notamment une section d'une roue de turbine hydraulique d'une station génératrice d'électricité, permettant d'effectuer un travail notamment la réparation de dommages causés par cavitation, plus particulièrement, à
l'utilisation d'un système robotisé pour la réparation sur . ~
site de tels dommages.
i`
è Description de l'art antérieur .. , ~
L'origine de la présente invention réside dans la solution du problème causé par la réparation des roues mobiles de turbines hydrauliques dans les stations génératrices d'électricité, lequelles sont souvent endommagees par cavitation causées l'érosion. Ces roues mobiles subissent souvent des dommages sérieux qui nécessitent des réparations considérables, extrêmement coûteuses à cause de la longue période d'arrêt de la roue mobile et de la difficulté à effectuer de telles réparations.
La façon la plus économique de réparer ces turbines est d'effectuer la reparation de la roue mobile dans le puits de turbine. Les étapes impliquees dans la réparation comportent le gougeage et/ou le meulage pour enlever le métal en mauvais état, suivi d'un remplissage des cavités obtenues par gougeage. Enfin, la cavité remplie par soudage doit être meulée pour redonner le profil initial à l'aube. Pendant ces opérations effectuées dans l'espace confiné du puits de turbine, les travailleurs sont exposés à certains de dangers incluant les fumées, le bruit, les éclaboussures, les radiations de l'arc, et les projections de particules de ,~ ~,,"^~ .
~ 2 ~ ~
.~
20025~ 3 ;:.
...
métaux durant le meulage. De plus, l'accès limité aux zones endommagées obligent souvent les travailleurs à prendre des positions inhabituelles et non confortables.
Pour remédier aux problèmes inhérents a de telles réparations, le travailleur doit utiliser des pieces de soudure équipées de filtre d'air et avoir recours a une source d'air frais, et doit se munir de ventilateurs de grande dimension pour ventiler la zone de la roue de turbine.
Néanmoins, ceci constitue toujours un environnement difficile ou travailler, et il est possible que des dangers à la santé
subsistent à cause d'une mauvaise aération et de conditions de travail peu confortables. Tout ceci contribue à un effet adverse significatif sur la productivité et peut aussi influencer la qualité et la l'intégralité de la réparation.
Il existe dans l'art antérieur quelques systèmes : .:
mécanisés qui sont montés sur un rail et qui peuvent transporter un outil et le déplacer à la surface d'une pièce ;~-et à une vitesse que l'opérateur peut modifier. Un type de système de ce genre, utilise un rail déformable qui peut s'ajuster à la courbure d'une surface et habituellement selon un ou deux axes droits et perpendiculaires entre eux. Si l'on utilise un tel système pour effectuer un travail sur une surface à génération complexe, il faut qu'entre chaque . .
balayage ou passage de l'instrument de travail, l'opérateur fasse des ajustements de l'appareil, notamment en déplaçant le rail, avant que l'appareil n'effectue une seconde passe~
On connaît un autre système où l'appareil peut balayer une surface sans intervention de l'opérateur, mais ces surfaces doivent être régulières notamment, cylindriques l'instrument robotique étant alors maintenu parallele a la surface. Un ..: .
` exemple d'appareil robotique de ce type est celui utilisé `~
~` pour la déposition par soudage d'un revêtement interne d'un ;~
. .
~ 3 _ ~ ~
i,:,: ::
cylindre à l'aide d'une torche de soudage. Cependant, le cylindre possède une surface parfaitement ronde et il n'est pas nécessaire d'ajuster l'appareil.
; Pour réaliser des travaux sur des surfaces à
~I génération complexe on peut envisager de faire appel à un ~j robot industriel typique fonctionnant sur le principe du ir3 playback. On apprendra alors au robot, point par point, la trajectoire de l'outil nécessaire pour balayer toute la surface. Ceci peut représenter des milliers de points sur ,., N une surface donnée, et la programmation ou l'apprentissage est très long. Cela en vaut la peine si la tâche destinée au robot doit être accomplie un grand nombre de fois, notamment dans le cas de la soudure par point d'une structure bien précise ou de tout autre dispositif. Cependant, ce système n'est pas disponible lorsqu'on veut l'utiliser pour réparer ~ des objets, tels que des roues de turbines alors que chaque i réparation possède sa propre géométrie. De plus, ces robots i~ industriels sont trop gros, lourds et trop encombrants pour i être attachés à un objet sur lequel on veut faire des travaux, sur site, dans un endroit où l'espace est restreint, notamment dans un puits de turbine.
Un aspect de la présente invention réside en une méthode et un dispositif de détection automatique du profiI
d'une surface afin de déterminer ce dernier dans son . .
, intégrité et effectuer automatiquement un travail dans le but de réparer toutes irrégularités sur cette dernière, notamment ;
des cavitations ou autres imperfections.
Un autre aspect de la présente invention réside en une méthode et un dispositif utilisant un système robotique de détection automatique du profil de la surface d'un objet, ::
pour effectuer un travail sur site.
~' ~ 4 ;;~
:, '' : ' ~0025 1 3 Un autre aspect de la presente invention reside en une methode et un dispositif petit, portatif, ~ ~ auto-programmable et facilement attachable à une surface de c travail pour detecter automatiquement le profil d'une portion ., de ladite surface et y effectuer un travail.
~; Un autre aspect de la presente invention reside en une methode et un dispositif de detection automatique du ~ profil de la surface d'un objet et y effectuer un travail, ;~ caractérisé en ce que l'on utilise un système robotique qui ,......................................................................... . .
i~ auto-programme le travail et effectue automatiquement ce ~ dernier tout en permettant à un operateur d'intervenir pour 'd effectuer une commande ou assister dans la determination et .... .
la sequence des étapes de travail.
` Un autre aspect de la présente invention réside en ~; une méthode et un dispositif de détection automatique du profil de la surface d'un objet, notamment sur la roue d'une turbine hydraulique, et d'effectuer un travail dans le but de réparer un dommage causé par cavitation ou des imperfections, caractérisés en ce que le travail comporte le gougeage, le soudage et le meulage.
Un autre aspect de la présente réside en une : .
; méthode et un dispositif de détection automatique du profil ~ - ~
, . . .
~- de la surface d'un objet dans le but d'effectuer un travail, - caractérisés en ce que le dispositif est sensiblement -, complètement automatisé et facile à installer et manier.
~ . ~ , . , i`~ Selon les aspects mentionnés ci-dessus, dans son ~ sens le plus large, la présente invention prévoit un appareil ~
-~ de détection automatique du profil de la surface d'un objet - ~-permettant d'y effectuer un travail. Le dispositif comprend ~ -'~ un rail qui peut être fixé par rapport à la surface. Un élément robotique motorisé peut être fixé au rail et comporte un élément motorisé muni d'un moyen d'accouplement avec le j ~ ~ 5 ~ ~ ~
,, ', ;
~ 2~025 1 3 .', rail et fixé au rail pour faire déplacer l'élément robotique à une vitesse et en position prédéterminées le long du rail.
Un bras manipulateur est rattaché à l'élément robotique de façon à pouvoir se déplacer. Le bras manipulateur possède un ou plusieurs instruments de travail qui peuvent lui être fixés. Un circuit de contrôle est associé à l'élément .. . . . .
'` robotique permettant de faire déplacer ce dernier et de .~; , , manier le bras manipulateur et l'instrument de travail. Un ., capteur est relié au bras manipulateur et possède une sonde de détection d'une distance mesurée le long d'une normale à
ladite surface ou à toute surface, calculée par le circuit de contrôle et présumée représentative de ladite surface dans ,, , une zone de travail circonscrite de l'élément robotique et du bras manipulateur. Le capteur transmet les données d'information des coordonnées X, Y, et Z au circuit de :
contrôle pour déterminer la géométrie de la surface de la zone de travail et le profil des surfaces de la zone de travail nécessitant qu'un ou plusieurs instruments de travail procèdent à des travaux.
,:, Selon un autre aspect large, la présente invention ~- prévoit une méthode de détection automatique du profil d'une surface permettant d'y effectuer un travail. La méthode comporte les étapes de fixer un rail de support sur une i section de la surface. Un élément robotique motorisé est ~' relié au rail et ce dernier est muni d'un bras manipulateur ;3 rattaché à l'élément robotique de façon à pouvoir se '~ déplacer. Un capteur est relié au bras manipulateur et un circuit de contrôle est associé à l'élément robotique.
L'élément robotique et le bras manipulateur se déplacent : s ~ respectivement le long des coordonnées X et Y, d'une zone `~ circonscrite de travail au voisinage des rails tout en ~ détectant la distance entre la surface et un point de .".
.
., ~0025 1 3 ;.
.réference du bras le long de la coordonnee Z, et produisant et emmagasinant des impulsions de données d'informations se ~,- rapportant aux coordonnées X, Y, et Z afin de déterminer le .:, profil de la surface et détecter les endroits où il existe ::des irrégularités de surface dans la zone de travall. On .
:choisit alors une série de points de coordonnees autour d'une ~:
surface irregulière pour déterminer un plan de référence basé ~.
sur trois des points, et pour trouver la projection de tous ~ .
:~les points sur ce plan afin de déterminer le profil polygonal .
.,dans le plan et emmagasiner les impulsions représentatives de ce dernier. On choisit un instrument et on le relie au bras manipulateur et l'on effectue le travail dans la surface définie par ce polygone.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS:
:~Une réalisation préférée de la présente invention sera maintenant décrite en référence aux dessins annexes dans .
lesquel ~:
~La FIGURE 1 est une perspective partielle ::~
:illustrant l'appareil de la presente invention fixé sur une ~-isection d'une roue de turbine hydraulique; ~.
.. :: . . :: . : la FIGURE 2 est une vue de côte illustrant la :
façon selon laquelle le dispositif est fixe à une surface ~-i courbe; :;`
j la FIGURE 3 est une perspective schématique illustrant le dispositif en position de balayage d'une surface d'un cylindre; la forme et l'orientation du rail étant telles qu'aucun ajustement n'est requis selon l'axe Z; ; .-la FIGURE 4 est une vue similaire à celle de la ~Figure 3, sauf qu'elle illustre le dispositif en position de .~balayage d'une surface courbe complexe; dans ce cas, l'ajustement selon l'axe Z est nécessaire pour suivre la ~- :
surface; ~
', ,~ .
:, :
la FIGURE 5 est une perspective d'une zone de travail du dispositif montrant l'identification d'une série de coordonnées autour d'un endroit endommagé qu'on a choisi;
la FIGURE 6 est un schéma montrant le calcul d'un ', plan (dans l'espace X, Y, Z,) basé sur trois points (dans le cas présent Pl, P2. et P4), et le tracé automatique du profil . polygonal dans ce plan;
;~, la FIGURE 7 est un schéma montrant la formation ..;
automatique de la trajectoire du point final de l'instrument ;~ à l'intérieur du polygone où doit se situer le travail;
,: les FIGURES 8A et 8M sont des vues en coupe d'une ,.......... zone de cavitation montrant une série de travaux destinés à
~, la reparation automatique de cette dernière en utilisant le ~:
~ dispositif selon la presente invention;
'~ les FIGURES 9A et 9C sont des perspectives illustrant une zone de travail demarquee par le dispositif et , montrant les dommages de cavitation et le gougeage produit par ces dommages;
~ la FIGURE 9B est une.~vue en plan illustrant les ;~ passages d'un outil de gougeage pour reparer les dommages dûs à la cavitation illustres en Figure 9A;
':1 la FIGURE 10 est un schema en plan montrant la disposition de diverses instruments associés avec le bras manipulateur de l'element robotique;
;,~
la FIGURE 11 est un schema-bloc du circuit de contrôle d'un dispositif selon la presente invention et ainsi . ~, .
:-~ que de l'instrumentation qui lui est associe; ~
~., les FIGURES 12A et 12B sont des vues en elévation ~ :
~i de face et de côté montrant l'agencement typique d'un outil 1 de meulage fixe au bras manipulateur; et : ;
`. la FIGURE 13 est une vue de côte montrant un .,~! instrument de soudage typique fixe au bras manipulateur.
;, s ` 200251 3 ... :
~ DESCRIPTION DE REALISATIONS PREFEREES:
.: , En se référant maintenant aux dessins, et plus particulièrement aux Figures 1 et 2, on illustre généralement ` en 10 le dispositif robotique de la présente invention, lequel détecte automatiquement le profil d'une surface, dans le cas présent la surface d'une section d'aube 11 de la roue ::
12 d'une turbine hydraulique. Le dispositif comprend un rail 13 que l'on voit ici supporté au-dessus de la surface métallique 11 au moyen d'un support à rail 14. Le support à
rail 14 et le rail 13 sont tous les deux conformés au profil de la surface 11. Comme on l'illustre, le support a rail 14 est maintenu au-dessus de la surface 11 au moyen de jambes de supports ajustables 15 fixés à demeure sur la surface 11 au moyen de points de soudure 16, comme on le voit sur la Figure ' Les jambes de support 15 sont de plus reliées à
pivot sur le support a rail 14 par une connection a charnières 17. Un boulon d'ajustement 18 traverse une fente 19 prévue dans les jambes 15 pour permettre d'ajuster la longueur de ces dernieres. Le joint a pivot et le boulon d'ajustement permettent d'obtenir un ajustement final afin de placer adéquatement le rail sur la surface de travail 11 de sorte que le rail soit sensiblement parallele a la surface.
,::ij :~ ~
~- Ainsi qu'on le voit sur la Figure 1, le dispositif selon la présente invention comporte un élément robotique il motorisé 20 qui peut être fixé au rail 13 par l'entremise ~ d'un enclenchement a rail 21 commandé par un moteur 22 prévu -~ a l'intérieur de l'élément robotique 20 de façon a faire `~1, déplacer ce dernier a une vitesses prédéterminée et le placer le long du rail 13. Un bras manipulateur 23 est accouplé a l'élément robotique de façon a pouvoir se déplacer et se déplace transversalement au rail 14. De plus, le bras :. `` 20~251 3 manipulateur 23 est muni d'un ou plusieurs instruments de : .:
travail 24, ainsi qu'on va le décrire plus loin, lesquels - peuvent être reliés au bras.
- Ainsi qu'on le voit sur la Figure 3, un capteur 25 est relié au bras manipulateur 23 et possède une sonde 26 reliée au capteur pour détecter la distance (le long d'une coordonnée Z) entre la surface 11 et la bras 23, ou tout ;~ point de référence qui s'y rapporte, dans une zone de travail démarquée dont les limites sont fixées par les coordonnées X, -~ et Y de l'élément robotique et du bras manipulateur, respectivement. Le capteur 25 transmet des impulsions -; relatives aux coordonnées X et Y de même qu'à la coordonnée Z
. :~
au circuit de contrôle 27, ainsi qu'on le voit sur la Figure 11. Un bras 28 est utilise pas l'opérateur pour maintenir le bout de la sonde 26' contre la surface 11 et pour faire deplacer la sonde manuellement le long des coordonnées X et Y. Le bras est muni d'une portion mobile de raccordement 23' permettant le déplacement de la sonde 26 le long de l'axe Z.
Le capteur constitue une partie essentielle du système robotique et détecte le couple force/moment du déplacement de v~
~ la sonde 26. Le capteur est fabriqué par GR 3 de Californie ,,i et comporte une enceinte electronique pour le traitement du . . , ~, , .
~ signal et une matrice de calibration "cross sensitivity". ~
. i .
Des feuillets indicateurs d'effort sont disposes dans le ;~ capteur 25 cylindrique pour mesurer les micro-efforts 1~ resultants de forces et moments gui lui sont appliques par le ;7 ~; deplacement du bras 28 et/ou le mouvement de la pointe de la .~ sonde 26' contre la surface 11. Le capteur produit des ~ ~-¦ impulsions analogiques qui sont amplifiees et filtrees et converties en dans des valeurs force/moment appliquées. Le ~ -circuit de contrôle 27 analyse ces valeurs et détermine les ~
~, ~
` zones endommagées à l'intérieur d'un environnement de travail .,., :
~: ~ " : -,:;, .~'~ .
;;.' ' ' .,, ' ' ' .
delimite par le deplacement du robot et du bras le long des axes X et Y. De plus, le circuit de controle determine la procedure et le choix des instruments de travail, ainsi qu'on le verra plus loin.
:; `
La Figure 3 illustre le robot fixe à une surface cylindrique 11 où les axes X et Y sont generalement ~` parallèles et où la pointe de la sonde 26' ne subit généralement aucun déplacement le long de l'axe Z.
~- En se référant maintenant à la Figure 4, on montre . -- . .
~` une surface differente 11', laquelle n'est pas cylindrique ; `
mais gauche. Le rail 13 est forme pour suivre la surface le `
,~, ,; . , long de l'axe 29 lequel est l'axe X suivi par le bras 23 lorsque l'element robotique 20 se deplace le long du rail 13.
Cependant, lorsque la sonde 26 se déplace le long de l'axe Y, on devra faire déplacer le bras utilisateur 28 le long de l'axe Z et exercer une pression, si nécessaire, pour ~ ~ ;
,.~,~ . . .::
~' maintenir la pointe de la sonde 26 en contact avec la surface ~J
11', laquelle surface est courbe par rapport à l'axe Y 30.
Le capteur 25 contrôle la force de contact et le système contrôle cette force de facon à ce qu'elle s'adapte a une valeur constante prédéterminée. Il sera évident à l'homme de l'art que la sonde 26 et le bras pourront être remplacés par un dispositif de mesure à faisceau qui mesure automatiquement .
^~ la distance entre la surface et un point de référence associé
- avec le bras 23 alors que toute l'opération et le balayage de la surface dans la zone de travail peuvent etre accomplis de i fa~on automatique. Le système décrit dans ce texte utilise l'intervention d'un operateur pour indiquer au circuit de ~ contrôle l'emplacement de l'endroit endommage. Cette r~ opération pourrait être rendue automatique si toute la zone ` de travail était etablie par la sonde.
-:~i ~
Selon une réalisation de l'invention, on peut se passer de l'établissement de la zone de travail et utiliser un opérateur qui détectera une imperfection dans la zone de travail démarquée par les axes X - Y. L'opérateur place la pointe de la sonde 26' le long d'une série de points coordonnés Pl à P8, tel qu'illustré en Figure 5, pour démarquer la zone endommagée 31 sur la surface 11. Ces points sont situés à l'extérieur de la zone endommagée à une distance telle que les lignes qui relient les points n'interfèrent pas avec la zone endommagée 31. Le circuit de contrôle analyse ces points emmagasinés dans la mémoire, génère une surface plane basée sur trois points utilisant la surface plane comme référence, et calcule un contour polygonal délimité en projettant les points sur ce plan, le long d'une normale au plan, tel qu'illustré en Figure 6. De plus, tel qu'on le montre sur la Figure 7, le circuit de contrôie determine aussi la trajectoire parallèle ou les passages d'un instrument de travail à l'intérieur d'un plan delimite par le contour polygonal. Cette surface de reference plane calculee (generée par trois points de coordonnées) est une surface courbe résultant de la courbure du rail et de la trajectoire du robot sur ce dernier entre les points choisis. Cependant, cette surface courbe calculée n'est. pas exactement conforme à la surface réelle parce que la courbure du rail n'est pas absolument identique à la courbure de la zone à l'intérieur du contour polygonal. Si pour une application donnée, l'erreur est trop grande, la position de l'instrument doit être adaptativement corrigée le long de la trajectoire utilisant des moyens tels que le contrôle de la longueur de l'arc pour le soudage, le contrôle du feedback de force pour le meulage; en d'autres mots, le robot contrôle certains des paramètres de l'instrument et 4. 12 ."~ .
`:~
:
ajuste automatiquement la position de ces derniers par rapport à la surface de travail. L'opérateur peut aussi choisir des points de coordonnées additionnels à l'intérieur du contour polygonal peut segmenter le contour polygonal en des sous-zones où le travail peut être accompli en deux ou - plusieurs phases. La distance entre chaque balayage, tel qu'illustré en 32 dans la Figure 7, programmé par l'opérateur x` sur une console clavier 56 (cf. Fig. 11) et le parcours .... .
~ suivit par l'instrument peut aussi être programmé de fa~on i, '~ automatique ou par l'opérateur puisque le circuit de contrôle connaît tous les points de coordonnées le long du contour polygonal qui a été segmenté.
Selon une autre réalisation de l'invention, .` l'opérateur choisit d'autres points de coordonnées à
,~ . .
l'intérieur du coutour polygonal et le système de contrôle ;~
calcule une surface bicubique la mieux adaptée à ces points, `~
au lieu d'une surface plane. Cette approche diminue l'erreur entre la surface calculée et la surface réelle.
.-;3 ; Selon une autre réalisation de l'invention, la , surface est choisie de façon automatique par un capteur monté
~ sur un bras de robot et une carte de la zone de travail est - produite en se basant sur une collection de points distribués de façon homogène autour de cette surface. On effectue une ~ interpolation bicubique entre les points pour donner une !~ ' représentation entière de la zone de travail. De plus, on calcule la configuration définitive requise après avoir complété la préparation en effectuant un calcul par interpolation bicubique à partir des surfaces qui n'ont pas été endommagées. Le système de contrôle calcule les ~i trajectoires de l'instrument sur la surface ainsi calculée, ` ~
: :
2~02 5 1 3 et la séquence et le nombre de passages sont automatiquement déterminés en se basant sur la connaissance de la configuration définitive.
En se référant maintenant aux Figures 8A à 8M, 9A
. à 9C et à la Figure 10, mais d'abord à la Figure 10, on .~ montre un schéma bloc simplifié illustrant généralement en 32 . la zone de travail démarquée par la trajectoire X et Y de la ~'`A sonde de contact, et dans laquelle se trouve la zone ~j endommagée 31 que l'on doit réparer. Un ou plusieurs -. instruments de travail sont associés avec le bras manipulateur 23, dans le présent cas, trois instruments de .~ travail, un outil de gougeage 33 lequel est constitué par une ... .
torche de soudage (non illustrée), un instrument de meulage 34 et un instrument de soudage 35. L'extrémité opérante 23"
du bras de manipulation 23 est munie d'un connecteur instantané (non montré) et illustré par un point 36 qui peut s'engager avec des connecteurs instantanés 37, aussi illustré
par un point et prévu sur chacun des instruments de travail 33 à 35. Le manche 28 est aussi illustré schématiquent et est muni d'un connecteur 38 pour le relier avec le point connecteur 36. Le robot connaît précisément la location de ces points de connection et se deplace pour se saisir d'un instrument de travail, effectuer un travail et le replacer en position initiale, après quoi il se saisit d'autres instruments pour effectuer un travail.
En se référant maintenant aux Figures 8A à 8M, et 9A à 9C on va maintenant décrire ces opérations de travail.
La Figure 9A illustre la surface courbe 11 sur laquelle existe trois zones endommagées 31. On détermine les coordonnées polygonals de chacune de ces zones, comme mentionné ci-dessus, et l'ordinateur calcule une série de ; . , balayage 39 pour l'instrument de gougeage 33 qui va suivre de ~t ~' - 14 -J ~ :~
..
- . .
façon à effectuer la réparation aux trois zones endommagées 31. La torche de gougeage entre en action et gouge les . surfaces selon le profil illustré en Figure 9C. Les Figures 9A à 9C illustrent le gougeage de la zone de cavitation ., endommagée 31. Lorsque la zone a été gougée, le bras manipulateur retourne alors l'instrument de gougeage 33 en position initiale et se saisit de l'instrument de soudage 35 pour déposer du métal fondu 31' à l'intérieur de la cavité
31. Ceci est illustré dans les Figures 8E à 8J et, comme on le voit, l'instrument de soudage effectue des balayages successifs pour déposer les couches successives de matériaux de soudage 31' jusqu'à ce que la cavité entière soit remplie.
Le circuit de contrôle a prédéterminé la quantité de métal de ... . .
` soudage à déposer dans la cavité, puisqu'il a pris `. connaissance de la surface entière de la zone de travail, et ..;~
i~i connaît ainsi le profil de la surface 40 qui en résulte et .-~ qui doit recouvrir la cavité par interpolation entre les surfaces non endommagées. Ainsi, le métal de soudage s'accumule jusqu'au-delà de ce profil 40, et lorsque cette opération a été effectuée, le bras manipulateur se saisit alors de l'outil de meulage 34 et meule la surface supérieure jusqu'à ce qu'elle corresponde au profil 40. L'opération de meulage est illustrée aux Figures 8K à 8M.
`~ En se référant aux Figures 12A et 12B, on voit l'illustration typique de l'instrument de meulage 34.
L'instrument illustré dans les présentes est une meule du commerce mu par électricité ou à l'air et opère un disque de .,i `~ meulage 41. Le disque est monté sur un mécanisme de ::~ suspension 42 lequel est contrôlé par un capteur de force 43 pour commander le meulage.
.. , 15 : ~:
La Figure 14 illustre la structure typique de la torche de soudage 35. Cette dernière est fixée à un raccord 44 pour faire deplacer la torche le long d'un axe 90 45. Un ~, :
autre raccord 46 fait deplacer la torche 35 le long d'un autre axe 90 47 transversal à l'axe 45. Le centre de . ,: .
~rotation de chacun des axes est à proximite de la pointe de , la torche de soudage, minimisant ainsi le deplacement de ., l'extremite de la pointe de l'instrument pendant tout ajustement angulaire.
..
`La Figure 11 est un schema bloc illustrant tout le système de contrôle associe à l'element robotique 20 de la , ~presente invention. Le circuit de contrôle se sert d'un i . , ordinateur Intel System 310 et d'un système multi-tâche opérant en temps reel (iRMX86). L'approche choisie pour le contrôle de la procedure est basee sur un mode distribue d'operation utilisant le reseau BITBUS de Intel. Le BITBUS
50 est un microcontrôleur avec son propre système d'operation dedie à la realisation d'une tâche precise, c'est-à-dire, acquisition et traitement des données provenant du capteur, position de l'électrode et commande de la vitesse d'alimentation du gougeage, enregistrement des paramètres de réglage de la source de courant de soudure 51, etc.. Ces dlverses tâches fonctionnent en continu et indépendamment de toute tâche sous le contrôle de l'ordinateur central. La communication avec le réseau BITBUS 50 se fait par un arrangement maître/esclave de circuits 52 associe à
l'equipement de support. L'element robotique 20 est commande par une unite de contrôle 53 et des cartes de contrôle des moteurs 54 reliees à l'element robotique 20 par un circuit de puissance d'isolation 55. Un console clavier 56 et un pendant local 58 sont associes au microcontrôleur BITBUS pour donner une interface avec un operateur. Il n'est pas i` ~t ~ - 16 -.~........................................................................... :
.~,1 . ;
20~25 1 3 necessaire de decrire en detail le circu~t de controle puisque ce dernier utilise du matériel disponible bien connu de l'homme de l'art, et que sa structure a déja ete clairement illustree et décrite.
Pour résumer brièvement le fonctionnement de la ; :
présente invention, le rail 13 est conformé pour etre ~A,` supporter parallèlement à une surface courbe ou plane 11 et l'element robotique 20 avec son bras manipulateur 23 et le . ~ . .
controleur 25 se deplacent le long du rail 13 lorsque le tout est en operation. Le bras manipulateur et la sonde 24 fixee au bras se deplacent le long des coordonnees X et Y
circonscrivant une zone de travail de l'appareil. En utilisant un bras manipulateur 28 avec la sonde du capteur, la pointe du capteur se deplace pour prendre contact avec la surface produisant ainsi des impulsions vers le controleur selon les coordonnees X, Y et Z. La detection de toute zone f 1 _ endommagee dans la sphere de travail s'effectue soit automatiquement ou visuellement par l'operateur, et une serie ~l de points coordonnees autour de la zone endommagee sont ~`Y choisis et emmagasines dans le controleur. Le contrôleur ,:~
~? apprend les coordonnees d'un contour polygonal entre les ~' points et autour de la zone endommagee par reference à une ~` surface de référence. La procédure est alors planifiée par , le contrôleur lequel choisit les instruments appropries pour , .
.~ effectuer le gougeage, le remplissage et le meulage afin de 1 réparer la zone endommagee. A noter que toute reparation -~
1~ s'effectue sur site de façon à ce que l'operateur puisse se - -: ~
tenir à distance des instruments de travail pendant les cycles d'operation, s'eloignant ainsi de tout danger.
La portee de la presente invention entend recouvrir toutes modifications evidentes à la realisation preferee de l'invention decrite dans la presente, a la '~t'~ 17 -condition que ces modifications soient comprises dans les revendications annexées. Par exemple, le dispositif peut être utilise sur des surfaces planes et pour reparer toutes sortes de dommages et imperfections qu'elles auraient subies.
De plus, la surface peut etre constituee d'un materiau autre que du metal, notamment des plastiques, et divers autres instruments peuvent etre associes avec le bras manipulateur du robot. De plus, tel que mentionne ci-dessus, toute : `
,. l'operation peut etre automatisee sans l'intervention de ,: .
l'opérateur durant la période où l'on accumule des renselgnements sur la zone circonscrite et le cycle de . .
travail du bras robotisé. La seule intervention qui peut etre requise par l'opérateur c'est de fixer le rail sur l'objet à étudier ou réparer.
-' ~ .
~' , ~ ,-, ,, ' ~
~ ' - 18 - ~
,.. ' , ,. -, .
En se référant maintenant aux Figures 8A à 8M, 9A
. à 9C et à la Figure 10, mais d'abord à la Figure 10, on .~ montre un schéma bloc simplifié illustrant généralement en 32 . la zone de travail démarquée par la trajectoire X et Y de la ~'`A sonde de contact, et dans laquelle se trouve la zone ~j endommagée 31 que l'on doit réparer. Un ou plusieurs -. instruments de travail sont associés avec le bras manipulateur 23, dans le présent cas, trois instruments de .~ travail, un outil de gougeage 33 lequel est constitué par une ... .
torche de soudage (non illustrée), un instrument de meulage 34 et un instrument de soudage 35. L'extrémité opérante 23"
du bras de manipulation 23 est munie d'un connecteur instantané (non montré) et illustré par un point 36 qui peut s'engager avec des connecteurs instantanés 37, aussi illustré
par un point et prévu sur chacun des instruments de travail 33 à 35. Le manche 28 est aussi illustré schématiquent et est muni d'un connecteur 38 pour le relier avec le point connecteur 36. Le robot connaît précisément la location de ces points de connection et se deplace pour se saisir d'un instrument de travail, effectuer un travail et le replacer en position initiale, après quoi il se saisit d'autres instruments pour effectuer un travail.
En se référant maintenant aux Figures 8A à 8M, et 9A à 9C on va maintenant décrire ces opérations de travail.
La Figure 9A illustre la surface courbe 11 sur laquelle existe trois zones endommagées 31. On détermine les coordonnées polygonals de chacune de ces zones, comme mentionné ci-dessus, et l'ordinateur calcule une série de ; . , balayage 39 pour l'instrument de gougeage 33 qui va suivre de ~t ~' - 14 -J ~ :~
..
- . .
façon à effectuer la réparation aux trois zones endommagées 31. La torche de gougeage entre en action et gouge les . surfaces selon le profil illustré en Figure 9C. Les Figures 9A à 9C illustrent le gougeage de la zone de cavitation ., endommagée 31. Lorsque la zone a été gougée, le bras manipulateur retourne alors l'instrument de gougeage 33 en position initiale et se saisit de l'instrument de soudage 35 pour déposer du métal fondu 31' à l'intérieur de la cavité
31. Ceci est illustré dans les Figures 8E à 8J et, comme on le voit, l'instrument de soudage effectue des balayages successifs pour déposer les couches successives de matériaux de soudage 31' jusqu'à ce que la cavité entière soit remplie.
Le circuit de contrôle a prédéterminé la quantité de métal de ... . .
` soudage à déposer dans la cavité, puisqu'il a pris `. connaissance de la surface entière de la zone de travail, et ..;~
i~i connaît ainsi le profil de la surface 40 qui en résulte et .-~ qui doit recouvrir la cavité par interpolation entre les surfaces non endommagées. Ainsi, le métal de soudage s'accumule jusqu'au-delà de ce profil 40, et lorsque cette opération a été effectuée, le bras manipulateur se saisit alors de l'outil de meulage 34 et meule la surface supérieure jusqu'à ce qu'elle corresponde au profil 40. L'opération de meulage est illustrée aux Figures 8K à 8M.
`~ En se référant aux Figures 12A et 12B, on voit l'illustration typique de l'instrument de meulage 34.
L'instrument illustré dans les présentes est une meule du commerce mu par électricité ou à l'air et opère un disque de .,i `~ meulage 41. Le disque est monté sur un mécanisme de ::~ suspension 42 lequel est contrôlé par un capteur de force 43 pour commander le meulage.
.. , 15 : ~:
La Figure 14 illustre la structure typique de la torche de soudage 35. Cette dernière est fixée à un raccord 44 pour faire deplacer la torche le long d'un axe 90 45. Un ~, :
autre raccord 46 fait deplacer la torche 35 le long d'un autre axe 90 47 transversal à l'axe 45. Le centre de . ,: .
~rotation de chacun des axes est à proximite de la pointe de , la torche de soudage, minimisant ainsi le deplacement de ., l'extremite de la pointe de l'instrument pendant tout ajustement angulaire.
..
`La Figure 11 est un schema bloc illustrant tout le système de contrôle associe à l'element robotique 20 de la , ~presente invention. Le circuit de contrôle se sert d'un i . , ordinateur Intel System 310 et d'un système multi-tâche opérant en temps reel (iRMX86). L'approche choisie pour le contrôle de la procedure est basee sur un mode distribue d'operation utilisant le reseau BITBUS de Intel. Le BITBUS
50 est un microcontrôleur avec son propre système d'operation dedie à la realisation d'une tâche precise, c'est-à-dire, acquisition et traitement des données provenant du capteur, position de l'électrode et commande de la vitesse d'alimentation du gougeage, enregistrement des paramètres de réglage de la source de courant de soudure 51, etc.. Ces dlverses tâches fonctionnent en continu et indépendamment de toute tâche sous le contrôle de l'ordinateur central. La communication avec le réseau BITBUS 50 se fait par un arrangement maître/esclave de circuits 52 associe à
l'equipement de support. L'element robotique 20 est commande par une unite de contrôle 53 et des cartes de contrôle des moteurs 54 reliees à l'element robotique 20 par un circuit de puissance d'isolation 55. Un console clavier 56 et un pendant local 58 sont associes au microcontrôleur BITBUS pour donner une interface avec un operateur. Il n'est pas i` ~t ~ - 16 -.~........................................................................... :
.~,1 . ;
20~25 1 3 necessaire de decrire en detail le circu~t de controle puisque ce dernier utilise du matériel disponible bien connu de l'homme de l'art, et que sa structure a déja ete clairement illustree et décrite.
Pour résumer brièvement le fonctionnement de la ; :
présente invention, le rail 13 est conformé pour etre ~A,` supporter parallèlement à une surface courbe ou plane 11 et l'element robotique 20 avec son bras manipulateur 23 et le . ~ . .
controleur 25 se deplacent le long du rail 13 lorsque le tout est en operation. Le bras manipulateur et la sonde 24 fixee au bras se deplacent le long des coordonnees X et Y
circonscrivant une zone de travail de l'appareil. En utilisant un bras manipulateur 28 avec la sonde du capteur, la pointe du capteur se deplace pour prendre contact avec la surface produisant ainsi des impulsions vers le controleur selon les coordonnees X, Y et Z. La detection de toute zone f 1 _ endommagee dans la sphere de travail s'effectue soit automatiquement ou visuellement par l'operateur, et une serie ~l de points coordonnees autour de la zone endommagee sont ~`Y choisis et emmagasines dans le controleur. Le contrôleur ,:~
~? apprend les coordonnees d'un contour polygonal entre les ~' points et autour de la zone endommagee par reference à une ~` surface de référence. La procédure est alors planifiée par , le contrôleur lequel choisit les instruments appropries pour , .
.~ effectuer le gougeage, le remplissage et le meulage afin de 1 réparer la zone endommagee. A noter que toute reparation -~
1~ s'effectue sur site de façon à ce que l'operateur puisse se - -: ~
tenir à distance des instruments de travail pendant les cycles d'operation, s'eloignant ainsi de tout danger.
La portee de la presente invention entend recouvrir toutes modifications evidentes à la realisation preferee de l'invention decrite dans la presente, a la '~t'~ 17 -condition que ces modifications soient comprises dans les revendications annexées. Par exemple, le dispositif peut être utilise sur des surfaces planes et pour reparer toutes sortes de dommages et imperfections qu'elles auraient subies.
De plus, la surface peut etre constituee d'un materiau autre que du metal, notamment des plastiques, et divers autres instruments peuvent etre associes avec le bras manipulateur du robot. De plus, tel que mentionne ci-dessus, toute : `
,. l'operation peut etre automatisee sans l'intervention de ,: .
l'opérateur durant la période où l'on accumule des renselgnements sur la zone circonscrite et le cycle de . .
travail du bras robotisé. La seule intervention qui peut etre requise par l'opérateur c'est de fixer le rail sur l'objet à étudier ou réparer.
-' ~ .
~' , ~ ,-, ,, ' ~
~ ' - 18 - ~
,.. ' , ,. -, .
Claims (31)
1. Dispositif de détection automatique du profil de la surface d'un objet permettant d'y effectuer un travail, ledit appareil comprenant un rail qui peut être fixe par rapport à ladite surface, un élément robotique motorise qui peut être relié audit rail, ledit élément robotique comportant un élément motorisé muni d'un moyen d'accouplement avec le rail et fixé audit rail pour faire déplacer ledit élément robotique à une vitesse et en position prédéterminées le long dudit rail, un bras manipulateur rattaché audit élément robotique de façon à pouvoir se déplacer, ledit bras manipulateur ayant un ou plusieurs instruments de travail qui peuvent lui être fixés, un circuit de contrôle associé audit élément robotique permettant de faire déplacer ce dernier et de manier ledit bras manipulateur et l'instrument de travail, un capteur relié au bras manipulateur et possédant une sonde de détection d'une distance mesurée le long d'une normale à
ladite surface ou à toute surface, calculée par ledit circuit de contrôle et présumée être représentative de ladite surface dans une zone de travail circonscrite dudit élément robotique et du bras manipulateur, ledit capteur transmettant des données d'information desdites coordonnées X et Y et Z audit circuit de contrôle pour déterminer la géométrie de la surface de ladite zone de travail et le profil des surfaces de ladite zone de travail nécessitant qu'un ou plusieurs instruments de travail procèdent à des travaux.
ladite surface ou à toute surface, calculée par ledit circuit de contrôle et présumée être représentative de ladite surface dans une zone de travail circonscrite dudit élément robotique et du bras manipulateur, ledit capteur transmettant des données d'information desdites coordonnées X et Y et Z audit circuit de contrôle pour déterminer la géométrie de la surface de ladite zone de travail et le profil des surfaces de ladite zone de travail nécessitant qu'un ou plusieurs instruments de travail procèdent à des travaux.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit bras manipulateur peut se déplacer selon l'axe Y
lequel est transversal à l'axe X de déplacement dudit élément robotique, ledit capteur ayant un point de détection orienté
vers ladite surface pour donner des impulsions selon l'axe Z
relative à une série de points de coordonnées autour d'une zone nécéssitant un travail, faisant en sorte que ledit circuit de contrôle utilise lesdites impulsions X, Y et Z
pour déterminer le contour et la forme de ladite zone nécessitant un travail.
lequel est transversal à l'axe X de déplacement dudit élément robotique, ledit capteur ayant un point de détection orienté
vers ladite surface pour donner des impulsions selon l'axe Z
relative à une série de points de coordonnées autour d'une zone nécéssitant un travail, faisant en sorte que ledit circuit de contrôle utilise lesdites impulsions X, Y et Z
pour déterminer le contour et la forme de ladite zone nécessitant un travail.
3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite surface est une surface métallique courbe, ledit rail étant courbé pour s'adapter à la courbe de ladite surface.
4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que ladite surface métallique courbe est une portion de surface de la roue d'une turbine hydraulique d'une turbine d'une station génératrice, ledit rail étant fixé à ladite surface pour réparation sur site des zones endommagées ou des imperfections présentes dans ladite portion de surface.
5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que ladite pointe de détection est un faisceau adapté à
mesurer une distance pour détecter la distance entre ledit capteur et ladite surface dans ledit milieu circonscrit de travail.
mesurer une distance pour détecter la distance entre ledit capteur et ladite surface dans ledit milieu circonscrit de travail.
6. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite pointe détection est une sonde de contact qui se déplace lorsqu'en contact avec ladite surface pour détecter la distance entre ledit point de référence dudit bras et ladite surface dans ledit milieu circonscrit de travail, ledit bras comportant une connection qui peut se déplacer permettant à ladite sonde de se déplacer le long dudit axe Z, ledit capteur comportant un indicateur d'effort pour mesurer ledit déplacement.
7. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce ce ledit circuit de contrôle comporte une programmation pour déterminer la trajectoire dudit instrument sur lesdites zones nécessitant un travail et le nombre de balayage d'un instrument de travail dans lesdites zones.
8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comprend deux ou plusieurs instruments de travail situés en des endroits prédéterminés par rapport audit élément robotique, lesdits instruments de travail étant automatiquement choisis et mis en opération par ledit bras manipulateur pour effectuer lesdites fonctions de travail commandées.
9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que ladite surface est une surface métallique, ledit appareil comprenant un instrument de gougeage à l'arc, un instrument de soudage, un instrument de meulage de façon à
gouger lesdites zones endommagées et les remplir avec un matériel à soudage jusque au moins au profil de surface de ladite surface métallique dans ledit milieu de travail, et meuler lesdites zones remplies à l'égalité de ladite surface dudit milieu de travail.
gouger lesdites zones endommagées et les remplir avec un matériel à soudage jusque au moins au profil de surface de ladite surface métallique dans ledit milieu de travail, et meuler lesdites zones remplies à l'égalité de ladite surface dudit milieu de travail.
10. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que ledit bras manipulateur est muni d'un moyen de poignée accouplé à un capteur de force permettant à un opérateur de le déplacer pour orienter ledit point de détection par rapport au point de coordonnée autour d'une zone endommagée qu'on aura choisie dans ledit milieu de travail afin d'établir un contour polygonal autour de ladite surface endommagée et dans laquelle on effectuera des fonctions de travail commandées.
11. Dispositif selon la revendication 10 caractérisé
en ce ladit circuit de contrôle comporte une fonction programmée auto-enseignante, et commande ledit élément motorise pour faire déplacer l'élément robotique le long dudit rail afin de déterminer la géométrie dudit rail de façon à ce que ledit circuit de contrôle puisse établir un relation entre un point de référence de l'extrémité d'un instrument de travail et un espace cartésien.
en ce ladit circuit de contrôle comporte une fonction programmée auto-enseignante, et commande ledit élément motorise pour faire déplacer l'élément robotique le long dudit rail afin de déterminer la géométrie dudit rail de façon à ce que ledit circuit de contrôle puisse établir un relation entre un point de référence de l'extrémité d'un instrument de travail et un espace cartésien.
12. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit rail s'étend le long d'un axe droit.
13. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce ladite surface est une surface métallique, ledit rail étant conformé à une forme appropriée selon la forme de ladite surface, ledit rail étant fixe à un support de rail maintenu au-dessus de ladite surface par l'entremise de jambes de support ajustables, lesdites jambes de support étant fixées à ladite surface.
14. Dispositif selon la revendication 13 caractérisé
en ce lesdites jambes de support ajustables sont montées à
pivotement sur ledit support à rail, la longueur desdites jambes étant ajustables de façon à placer ledit support à
rail à une hauteur désirée par rapport à ladite surface de façon à ce que ledit bras manipulateur soit maintenu parallèle à cette dernière.
en ce lesdites jambes de support ajustables sont montées à
pivotement sur ledit support à rail, la longueur desdites jambes étant ajustables de façon à placer ledit support à
rail à une hauteur désirée par rapport à ladite surface de façon à ce que ledit bras manipulateur soit maintenu parallèle à cette dernière.
15. Méthode de détection automatique du profil d'une surface permettant d'y effectuer un travail, ladite méthode comprenant les étapes suivantes:
(i) on fixe un support à rail sur une section de ladite surface, un élément robotique motorisé étant relié
audit rail, l'élément robotique étant pourvu d'un bras manipulateur accouplé audit rail et qui peut se déplacer, un capteur relié audit bras manipulateur, et un circuit de contrôle associé avec ledit élément robotique.
(ii) on fait déplacer ledit élément robotique et ledit bras manipulateur le long respectivement des coordonnées X et Y pour circonscrire un milieu de travail au voisinage dudit rail pendant qu'on capte la distance entre ladite surface et un point de référence dudit bras le long d'une coordonnée Z et l'on produit des signaux de données de renseignements desdites coordonnées X, Y et Z pour emmagasiner les signaux indicatifs de profil de la surface dudit milieu de travail;
(iii) on détecte les zones de surfaces irrégulières à l'intérieur dudit milieu de travail;
(iv) on détermine une série de points de coordonnées autour d'une surface irrégulière choisie pour permettre au circuit de contrôle de déterminer un plan de référence basé sur trois desdits points et pour trouver la projection de tous les points sur ce plan afin de déterminer le contour polygonal dans ledit plan et emmagasiner les signaux de renseignements qui lui sont représentatifs.;
(v) on choisit et l'on monte un instrument sur le bras manipulateur;
(vi) on effectue un travail avec ledit instrument sur la surface polygonale circonscrite.
(i) on fixe un support à rail sur une section de ladite surface, un élément robotique motorisé étant relié
audit rail, l'élément robotique étant pourvu d'un bras manipulateur accouplé audit rail et qui peut se déplacer, un capteur relié audit bras manipulateur, et un circuit de contrôle associé avec ledit élément robotique.
(ii) on fait déplacer ledit élément robotique et ledit bras manipulateur le long respectivement des coordonnées X et Y pour circonscrire un milieu de travail au voisinage dudit rail pendant qu'on capte la distance entre ladite surface et un point de référence dudit bras le long d'une coordonnée Z et l'on produit des signaux de données de renseignements desdites coordonnées X, Y et Z pour emmagasiner les signaux indicatifs de profil de la surface dudit milieu de travail;
(iii) on détecte les zones de surfaces irrégulières à l'intérieur dudit milieu de travail;
(iv) on détermine une série de points de coordonnées autour d'une surface irrégulière choisie pour permettre au circuit de contrôle de déterminer un plan de référence basé sur trois desdits points et pour trouver la projection de tous les points sur ce plan afin de déterminer le contour polygonal dans ledit plan et emmagasiner les signaux de renseignements qui lui sont représentatifs.;
(v) on choisit et l'on monte un instrument sur le bras manipulateur;
(vi) on effectue un travail avec ledit instrument sur la surface polygonale circonscrite.
16. Méthode telle que revendiquée dans la revendication 15 caractérisée en ce que l'étape (iv) comprend aussi la détermination d'une série de points de coordonnées à
l'intérieur de même qu'à l'extérieur de ladite surface irrégulière pour permettre au circuit de contrôle de modéliser ladite surface irrégulière et trouver le profil définitif requis après que le travail aura été complété.
l'intérieur de même qu'à l'extérieur de ladite surface irrégulière pour permettre au circuit de contrôle de modéliser ladite surface irrégulière et trouver le profil définitif requis après que le travail aura été complété.
17. Méthode telle que revendique dans la revendication 15 caractérisée en ce qu'elle comporte l'étape additionnelle de placer deux ou plusieurs outils en des endroits prédéterminés par rapport audit rail, et de saisir automatiquement lesdits instruments selon une séquence prédéterminée pour effectuer une série de travaux dans ledit contour polygonale.
18. Méthode telle que revendiquée dans la revendication 17 caractérisée en ce qu'elle comporte l'étape additionnelle d'autoprogrammation dudit circuit de contrôle pour effectuer lesdits travaux en analysant lesdits signaux d'informations pour détecter le profil desdites surfaces irrégulières.
19. Méthode telle que revendiquée dans la revendication 15 caractérisée en ce que ladite étape (ii) comprend l'application manuelle d'une sonde captrice reliée audit capteur en contact avec ladite zone de travail le long desdits axes X, Y et Z permettant de déterminer le profil de ladite surface.
20. Méthode telle que revendiquée dans la revendication 19 caractérisé en ce que l'étape (iii) comprend la détection visuelle desdites surfaces irrégulières.
21. Méthode telle que revendiquée dans la revendication 20 caractérisée en ce que l'étape (iv) comprend le déplacement manuel de ladite sonde vers une série de points autour d'une ou plusieurs surfaces irrégulières pour transmettre des signaux d'informations audit circuit de contrôle permettant de circonscrire automatiquement un contour polygonale.
22. Méthode telle que revendiquée dans la revendication 13 caractérisée en ce que les étapes (v) et (vi) sont effectuées en séquence avec un outil de gougeage, un outil de soudage et un outil de meulage pour nettoyer une surface irrégulière endommagée par cavitation, la remplir avec un matériel de soudage et la meuler à l'égalité du profil de surface de ladite zone de travail circonscrite.
23. Méthode telle que revendiquée dans la revendication 22 caractérisée en ce que ledit instrument de gougeage est commandé pour effectuer le gougeage de métal dans ladite surface à contour polygonale, ledit instrument de gougeage étant commandé de façon automatique, l'opération se terminant lorsque la surface gougée devient lisse.
24. Méthode telle que revendiquée dans la revendication 22 caractérisée en ce que l'étape de gougeage comprend l'enlèvement de plusieurs couches successives de métaux tout en maintenant l'instrument de gougeage à une distance sensiblement constante de la pièce sous traitement en surveillant le courant de gougeage qui s'écoule par une électrode dudit instrument.
25. Méthode telle que revendiquée dans la revendication 23 caractérisée en ce qu'elle comporte l'étape additionnelle de meulage de la surface polygonale gougée afin de la nettoyer avant de la remplir avec un matériel de soudage formant ainsi une cavité prête pour la soudure.
26. Méthode telle que revendiquée dans la revendication 22 caractérisée en ce que l'étape de remplissage de la cavité préparée inclus l'application de plusieurs couches successives de matériel de soudage dans ladite cavité et le maintien de l'instrument de soudage à une distance de la pièce à travailler sensiblement constante en surveillant le courant et la puissance de soudage.
27. Méthode telle que revendiquée dans la revendication 22 caractérisée en ce que ladite étape de meulage comprend l'application de plusieurs balayage successifs par meulage sur ladite soudure tout en maintenant une force de meulage contrôlée en surveillant un indicateur d'effort dans ledit capteur.
28. Méthode selon la revendication 22 caractérisée en ce qu'elle comporte l'étape additionnelle de capter ladite surface de la zone polygonale endommagée entre les étapes de gougeage, de soudage et de meulage.
29. Méthode telle que revendiquée dans la revendication 15 caractérisée en ce que l'étape (i) comprend l'application d'un cadre à support à rail à ladite surface et l'ajustement de sa hauteur ainsi que la connection dudit support à rail audit cadre à support.
30. Méthode telle que revendiquée dans la revendication 15 caractérisée en ce que lesdites étapes (ii) et (iii) sont effectuées en opérant un élément motorisé muni d'un moyen d'accouplement de rail et d'un moyen de déplacement dudit bras manipulateur.
31. Méthode telle que revendiquée dans la revendication 15 caractérisée en ce que les étapes (ii) et (vi) sont effectuées automatiquement par ledit circuit de contrôle.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/273,075 US4959523A (en) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | Method and apparatus for automatically sensing the configuration of a surface area and effecting a work function thereon |
| US07/273,075 | 1988-11-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2002513A1 CA2002513A1 (fr) | 1990-05-18 |
| CA2002513C true CA2002513C (fr) | 1994-10-11 |
Family
ID=23042442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA002002513A Expired - Lifetime CA2002513C (fr) | 1988-11-18 | 1989-11-08 | Methode et dispositif de detection automatique du profil d'une surface et en vue d'effectuer un travail |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4959523A (fr) |
| EP (1) | EP0369891B1 (fr) |
| JP (1) | JPH02237726A (fr) |
| AT (1) | ATE112642T1 (fr) |
| BR (1) | BR8905820A (fr) |
| CA (1) | CA2002513C (fr) |
| DE (1) | DE68918670T2 (fr) |
| MX (1) | MX165384B (fr) |
Families Citing this family (54)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991010201A1 (fr) * | 1990-01-04 | 1991-07-11 | Crc-Evans Pipeline International, Inc. | Systeme pilote de traitement reparti pour des operations de soudage automatique |
| EP0496181B1 (fr) * | 1991-01-21 | 1998-08-19 | Sulzer Hydro AG | Méthode de fabrication de pièces métalliques par un appareil de soudage, et appareil pour la mise en oeuvre |
| WO1993020493A1 (fr) * | 1992-04-03 | 1993-10-14 | Foster-Miller, Inc. | Procede et dispositif servant a obtenir des coordonnees decrivant des objets tridimensionnels a geometrie complexe et unique au moyen d'une sonde d'echantillonnage |
| US5442565A (en) * | 1992-05-01 | 1995-08-15 | Seamx | Autonomous selective cutting method and apparatus |
| US5811755A (en) * | 1996-01-11 | 1998-09-22 | Lockheed Martin Corp. | Weld repair method for aluminum lithium seam |
| US20020005397A1 (en) * | 1998-04-10 | 2002-01-17 | Bong William L. | Modular welding system and method |
| JP3307886B2 (ja) * | 1998-10-16 | 2002-07-24 | 松下電器産業株式会社 | 溶接装置 |
| AT409731B (de) * | 1998-10-16 | 2002-10-25 | Fronius Schweissmasch Prod | Regelvorrichtung für ein schweissgerät |
| US6560513B2 (en) * | 1999-11-19 | 2003-05-06 | Fanuc Robotics North America | Robotic system with teach pendant |
| FR2806337B1 (fr) * | 2000-03-15 | 2002-05-31 | Joseph Sauron Materiel Ind | Procede et automate de soudage a l'arc utilisant des fils fourres |
| JP2001259839A (ja) * | 2000-03-22 | 2001-09-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | アーク溶接装置 |
| US6376801B1 (en) * | 2000-10-12 | 2002-04-23 | General Electric Company | Gas turbine component refurbishment apparatus and repair method |
| US6492618B1 (en) | 2000-11-02 | 2002-12-10 | Tri Tool Inc. | Automatic weld head alignment and guidance system and method |
| AT413954B (de) * | 2000-11-02 | 2006-07-15 | Fronius Int Gmbh | Erfassungselement für ein schweissgerät |
| ITTO20010294A1 (it) * | 2001-03-29 | 2002-09-29 | Parmaprogetti Srl | Dispositivo per il posizionamento di un organo operatore, ed apparecchiatura saldatrice che ne fa uso. |
| US6944925B2 (en) * | 2001-06-13 | 2005-09-20 | Ttx Company | Articulated connector reconditioning process and apparatuses |
| KR100593535B1 (ko) * | 2001-09-03 | 2006-06-28 | 현대중공업 주식회사 | 각도별 용접조건 자동제어 및 위빙 모션 구현이 가능한자기 진단형 용접 캐리지 제어기 |
| US6548783B1 (en) * | 2001-10-03 | 2003-04-15 | General Electric Company | Apparatus for electric arc overlay welding |
| WO2006057042A1 (fr) * | 2004-11-26 | 2006-06-01 | Shishiai-Kabushikigaisha | Composition de vecteur thermique |
| US20080203075A1 (en) * | 2007-02-27 | 2008-08-28 | Feldhausen Joseph E | Portable structural welding system having integrated resources |
| US9292016B2 (en) | 2007-10-26 | 2016-03-22 | Ariel Andre Waitzman | Automated welding of moulds and stamping tools |
| US9776274B2 (en) | 2007-10-26 | 2017-10-03 | Ariel Andre Waitzman | Automated welding of moulds and stamping tools |
| US8367962B2 (en) | 2007-10-26 | 2013-02-05 | Ariel Andre Waitzman | Automated welding of moulds and stamping tools |
| JP4950018B2 (ja) * | 2007-12-25 | 2012-06-13 | アルプス電気株式会社 | 座標入力装置 |
| US20100122973A1 (en) * | 2008-11-20 | 2010-05-20 | General Electric Company | Welding process |
| US8672621B2 (en) * | 2010-02-19 | 2014-03-18 | Dresser-Rand Company | Welded structural flats on cases to eliminate nozzles |
| US8595930B2 (en) | 2010-03-24 | 2013-12-03 | Dresser-Rand Company | Press-fitting corrosion resistant liners in nozzles and casings |
| FR2970195B1 (fr) * | 2011-01-06 | 2014-01-31 | Ctf France | Automate pour la maintenance de rails et procede de mise en oeuvre |
| GB201103235D0 (en) * | 2011-02-25 | 2011-04-13 | Mirage Machines Ltd | Apparatus,method,system and computer program for machining a workpiece |
| EP2744617A1 (fr) * | 2011-08-18 | 2014-06-25 | Victor Equipment Company | Système à l'arc avec électrode de carbone et jet d'air pour la détection et/ou la réduction d'irrégularités dans la surface une pièce à travailler et son procédé d'utilisation |
| US9097508B2 (en) * | 2012-01-25 | 2015-08-04 | Ttx Company | Method for reconditioning a railcar articulated connector |
| US9126287B2 (en) * | 2012-03-12 | 2015-09-08 | Siemens Energy, Inc. | Advanced pass progression for build-up welding |
| US8720526B1 (en) | 2012-11-13 | 2014-05-13 | Siemens Energy, Inc. | Process for forming a long gas turbine engine blade having a main wall with a thin portion near a tip |
| CN103846769A (zh) * | 2012-12-06 | 2014-06-11 | 青岛海尔模具有限公司 | 机器人辅助自适应曲面自动抛光系统 |
| US10480862B2 (en) | 2013-05-23 | 2019-11-19 | Crc-Evans Pipeline International, Inc. | Systems and methods for use in welding pipe segments of a pipeline |
| US9821415B2 (en) | 2014-03-28 | 2017-11-21 | Crc-Evans Pipeline International, Inc. | Internal pipeline cooler |
| US10695876B2 (en) | 2013-05-23 | 2020-06-30 | Crc-Evans Pipeline International, Inc. | Self-powered welding systems and methods |
| US11767934B2 (en) | 2013-05-23 | 2023-09-26 | Crc-Evans Pipeline International, Inc. | Internally welded pipes |
| US10589371B2 (en) | 2013-05-23 | 2020-03-17 | Crc-Evans Pipeline International, Inc. | Rotating welding system and methods |
| US10040141B2 (en) | 2013-05-23 | 2018-08-07 | Crc-Evans Pipeline International, Inc. | Laser controlled internal welding machine for a pipeline |
| MX2017001321A (es) * | 2014-07-29 | 2017-09-11 | HYDRO-QUéBEC | Sistema y metodo roboticos de tratamiento termico por calentamiento por induccion. |
| US10828715B2 (en) | 2014-08-29 | 2020-11-10 | Crc-Evans Pipeline International, Inc. | System for welding |
| US10286553B2 (en) | 2014-09-15 | 2019-05-14 | The Boeing Company | Methods and systems for automatically inspecting an object |
| US10065318B2 (en) | 2014-09-15 | 2018-09-04 | The Boeing Company | Methods and systems of repairing a structure |
| EP3045394B1 (fr) * | 2015-01-16 | 2020-05-27 | The Boeing Company | Procédé et système de réparation d'une structure |
| AU2016250430B2 (en) * | 2015-10-30 | 2021-07-08 | Ian David McCowat | Method and Apparatus for Refurbishing Shovel Lips |
| US11458571B2 (en) | 2016-07-01 | 2022-10-04 | Crc-Evans Pipeline International, Inc. | Systems and methods for use in welding pipe segments of a pipeline |
| US10226944B2 (en) | 2016-08-30 | 2019-03-12 | The Boeing Company | Adaptable surface treatment repair system |
| US10668577B2 (en) | 2016-09-01 | 2020-06-02 | Crc-Evans Pipeline International Inc. | Cooling ring |
| FR3061053A1 (fr) * | 2016-12-23 | 2018-06-29 | 9349 3039 Quebec Inc | Appareil de reconditionnement de piece lourde et procede |
| US10954001B2 (en) | 2017-02-23 | 2021-03-23 | The Boeing Company | Hanging clamped supports for aircraft |
| US10286460B2 (en) * | 2017-04-07 | 2019-05-14 | Robert J. Murphy | Single-pass, single-radial layer, circumferential-progression fill-welding system, apparatus and method for refurbishing railway and other transit rails |
| CN112139860A (zh) * | 2020-09-22 | 2020-12-29 | 佳奕筱安(上海)机器人科技有限公司 | 基于力控机器人打磨的柔顺轨迹输出方法及其实施装置 |
| CN112917166B (zh) * | 2021-02-04 | 2021-09-07 | 冯剑亮 | 一种机器人脚底板磨纹装置 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55125960A (en) * | 1979-03-12 | 1980-09-29 | Sankyo Seiki Mfg Co Ltd | Automatic working device |
| US4283044A (en) * | 1979-03-23 | 1981-08-11 | Mckibbin John R | Apparatus for guiding a tool along a curved path |
| JPS58208807A (ja) * | 1982-05-31 | 1983-12-05 | Nissan Motor Co Ltd | ロボツトのテイ−チング装置 |
| US4531192A (en) * | 1982-09-23 | 1985-07-23 | Crc Welding Systems, Inc. | Apparatus and method for sensing a workpiece with an electrical arc |
| US4596919A (en) * | 1984-08-23 | 1986-06-24 | Sri International | Three-dimensional imaging device |
| US4716271A (en) * | 1984-09-28 | 1987-12-29 | Welding Services, Inc. | Apparatus for positioning a tool with respect to a cylindrical work piece |
| GB8508391D0 (en) * | 1985-03-30 | 1985-05-09 | Ae Plc | Measurement of engineering components |
| JPS62207580A (ja) * | 1986-03-06 | 1987-09-11 | Kobe Steel Ltd | 偏摩耗した太径長尺ロ−ルの溶接補修方法 |
| US4841123A (en) * | 1987-06-17 | 1989-06-20 | Welding Services, Inc. | Automatic welding device |
| IT1211390B (it) * | 1987-10-06 | 1989-10-18 | Dea Spa | Sistema grafico interattivo per la matematizzazione di modelli fisici |
| DE3907624A1 (de) * | 1988-07-08 | 1990-01-11 | Mtu Maintenance Gmbh | Vorrichtung zum auftragsschweissen der schaufelspitzen von turbinen- und kompressor-schaufeln |
-
1988
- 1988-11-18 US US07/273,075 patent/US4959523A/en not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-11-08 CA CA002002513A patent/CA2002513C/fr not_active Expired - Lifetime
- 1989-11-16 MX MX018389A patent/MX165384B/es unknown
- 1989-11-17 BR BR898905820A patent/BR8905820A/pt not_active IP Right Cessation
- 1989-11-17 JP JP1299486A patent/JPH02237726A/ja active Pending
- 1989-11-17 EP EP89403177A patent/EP0369891B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1989-11-17 AT AT89403177T patent/ATE112642T1/de not_active IP Right Cessation
- 1989-11-17 DE DE68918670T patent/DE68918670T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0369891A3 (fr) | 1991-09-04 |
| EP0369891A2 (fr) | 1990-05-23 |
| DE68918670T2 (de) | 1995-05-24 |
| EP0369891B1 (fr) | 1994-10-05 |
| MX165384B (es) | 1992-11-06 |
| BR8905820A (pt) | 1990-06-12 |
| DE68918670D1 (de) | 1994-11-10 |
| CA2002513A1 (fr) | 1990-05-18 |
| ATE112642T1 (de) | 1994-10-15 |
| JPH02237726A (ja) | 1990-09-20 |
| US4959523A (en) | 1990-09-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2002513C (fr) | Methode et dispositif de detection automatique du profil d'une surface et en vue d'effectuer un travail | |
| EP1078707B1 (fr) | Procédé de selection automatique de séquence de soudage pour pince de soudage manuelle et pince de soudage manuelle pour la mise en oeuvre du procédé | |
| FR2627114A1 (fr) | Robot de soudage | |
| EP0034967B1 (fr) | Procédé automatique et auto-adaptatif de soudage par fusion et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé | |
| US11904417B2 (en) | Automated material welding | |
| EP0133411A1 (fr) | Procédé et machines pour souder ou découper automatiquement la jonction entre un tube principal et un tube secondaire en dérivation | |
| FR2701415A1 (fr) | Machine automatique de soudage "in situ" suivant un profil à tronçon curviligne, et avec commande programmable d'extrapolation. | |
| EP0724149A1 (fr) | Procédé de contrÔle non destructif d'une surface, en particulier en milieu hostile | |
| EP3741507A1 (fr) | Procédé et dispositif pour le contrôle d'une pièce en cours de fabrication | |
| EP3257755A1 (fr) | Procede de reglage du positionnement d'elements d'une structure d'un aeronef et dispositif pour sa mise en oeuvre | |
| EP0115728B1 (fr) | Porte-organe adaptatif pour robot | |
| EP0329531A1 (fr) | Procédé et dispositif pour l'estimation des paramètres du modèle géométrique d'un manipulateur | |
| WO2015097166A1 (fr) | Repérage du centre outil et de l'orientation d'une sonde acoustique dans un repère de référence, par méthode ultrasonore | |
| FR2641607A1 (fr) | Systeme de releve de la surface d'une piece a distance par un capteur optique, notamment d'un auget de turbine pelton | |
| EP3414040B1 (fr) | Dispositif pour la soudure automatique d'un joint, notamment un joint de bordée | |
| WO2022144363A1 (fr) | Système de contrôle d'une pièce à inspecter | |
| WO2022144334A1 (fr) | Systeme de controle non destructif d'une piece | |
| WO2022144350A1 (fr) | Système de contrôle non destructif d'une pièce à inspecter | |
| FR3087688A1 (fr) | Dispositif de deplacement et/ou d'orientation de maniere coordonnee d'un outil suiveur, procede de poncage d'une piece utilisant ledit dispositif et poste de poncage pour la mise en œuvre dudit procede | |
| EP0056554A2 (fr) | Dispositif de contrôle en service de l'intégrité des soudures des structures off-shore | |
| WO2022144356A1 (fr) | Structure de capteur | |
| FR2721703A1 (fr) | Dispositif pour la mesure des dimensions d'une pièce tubulaire, telle qu'un tube métallique. | |
| FR3067113B1 (fr) | Procede de controle de la surface d'une piece par un capteur robotise | |
| CH714196A2 (fr) | Machine-outil pour la rénovation de jantes. | |
| Curiel et al. | Weld Joint Reconstruction and Classification Algorithm for Trajectory Generation in Robotic Welding |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EEER | Examination request | ||
| MKEX | Expiry |