CA2716451A1

CA2716451A1 - Robot submersible de fraisage

Info

Publication number: CA2716451A1
Application number: CA2716451A
Authority: CA
Inventors: Luc Provencher; Stephan Gendron; Rene Morin; Michel Blain
Original assignee: Hydro Quebec
Current assignee: Hydro Quebec
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2012-04-01
Also published as: US8459196B2; CA2753640A1; USRE44935E1; US20120082535A1; CA2753640C

Abstract

Robot pour effectuer un fraisage d'une pièce sous l'eau, comprenant un outil de fraisage, un capteur de mesure mesurant une distance entre une référence au niveau du robot et une surface de la pièce à fraiser, un support soutenant l'outil de fraisage et le capteur de mesure et ayant des membrures mobiles pour déplacer l'outil de fraisage longitudinalement par rapport à la surface de la pièce, un ensemble de blocage et de nivellement du support par rapport à la surface de la pièce et ayant des membres ajustables complémentaires opérables pour bloquer le support par friction en position et orientation stables par rapport à une section de la surface de la pièce, une unité de contrôle programmable embarquée sur le support, pour opérer un organe de déplacement des membrures, les membres ajustables et l'outil de fraisage, et un câble ombilical sous-marin reliant l'unité de contrôle à la surface.

Description

ROBOT SUBMERSIBLE DE FRAISAGE
DOMAINE DE L'INVENTION

L'invention porte en général sur le fraisage d'une structure sous l'eau, et plus particulièrement sur un robot submersible pour effectuer un fraisage d'une partie ou de la totalité d'une structure sous l'eau. La structure visée peut être une des pièces encastrées présentes sur des ouvrages hydro-électriques, notamment une voie de roulement, une voie de scellement, un seuil ou un linteau de pertuis.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE

Les voies de roulement, les voies de scellement, le seuil et le linteau d'un pertuis, dans un ouvrage hydro-électrique, servent à accueillir une vanne ou des poutrelles dans le but d'obstruer et de sceller une ouverture dans un barrage. Ses structures sont susceptibles de s'user avec le temps et donc de nécessiter des travaux de réfection afin de conserver leurs fonctionnalités. Les méthodes traditionnelles de réfection sont basées sur des tâches de réparation mineure qui peuvent être complétées sous l'eau par des plongeurs expérimentés et aussi sur des travaux majeurs qui requièrent la mise en place préalable d'un batardeau afin d'assécher la zone de travail.

La réfection robotisée sous l'eau présente des avantages économiques, mais soulève des problèmes techniques de tailles en raison de la conception de systèmes submersibles comportant diverses parties électromécaniques. D'autres problèmes surgissent pour assurer à la fois des tâches automatisées et opérées à
distance dans un environnement sous l'eau, où la présence humaine est considérée dangereuse, où
la visibilité est réduite et où la disponibilité de capteurs nécessaires est limitée.
L'environnement sous l'eau est aussi une source de perturbations importantes susceptibles d'affecter le fonctionnement des capteurs, des manipulateurs et autres actionneurs. Le contrôle du procédé d'usinage est également affecté par l'environnement sous-marin et pose des problèmes de précision et de répétabilité. De plus, il est nécessaire pour certains ouvrages d'effectuer la réfection dans des fenêtres temporelles distinctes et de durées variables. Pour optimiser le temps de réfection et permettre le respect de ces fenêtres temporelles, le temps d'installation et de désinstallation dans la zone de travail doit être le plus court possible, ce qui implique qu'il est important de réduire à son minimum la quantité et le volume de matériel à installer, ainsi que de simplifier la complexité de l'installation et le nombre d'étapes à suivre. Enfin, la conception électrique doit permettre l'opération complète du robot submersible à l'aide d'un seul câble ombilical d'un diamètre inférieur à 25 mm et d'une longueur de 100 mètres à 300 mètres. Et cela afin de permettre la manutention par le personnel à la surface, la gestion du câble sous l'eau à
partir de la surface et la distance requise à la surface, ainsi que pour la descente du robot à la profondeur désirée.

Certains appareils permettant d'effectuer des travaux de réfection sous l'eau ont déjà
été proposés.

Par exemple, le brevet US 6,309,147 (Matsumoto et ai.) montre un outil opéré à
distance pour percer une plaque d'une enceinte de réacteur nucléaire. L'outil comporte une mèche se déplaçant le long de son axe de rotation à l'intérieur d'un manchon stationnaire. L'outil est monté au dessus de la plaque à percer, et un système est prévu pour recueillir les débris résultants du perçage. Le perçage requiert que l'outil soit immobile et bien fixé par rapport à la plaque à
percer, et n'a donc aucune mobilité latérale ou transversale pour son déplacement, ni même verticale autre que celle relative à la mèche qui est nécessaire au perçage.
De plus, l'outil n'est doté que d'un contrôleur élémentaire limité au fonctionnement des moteurs de l'outil et qui n'est pas conçu pour posséder des capacités d'automatisation de la tâche de perçage, et encore moins pour d'autres tâches.

Le brevet US 6,555,779 (Obana et al.) propose un appareil qui empêche l'eau d'entrer dans une cloche couvrant et coulissant sur une pièce destinée à être

2 travaillée, par exemple pour un soudage ou une coupe. L'appareil comporte un système d'injection d'eau ou de gaz sous pression destiné à former un rideau d'eau ou de gaz autour de la périphérie de la cloche pour empêcher l'eau d'y entrer.
L'appareil est particulièrement conçu pour effectuer une tâche de soudage le long d'une ligne et peut être monté sur un rail par l'entremise d'un assemblage qui n'a pas à subir d'efforts importants et dont la construction est en conséquence. Le contrôle de la tâche de soudage se fait par manoeuvre télécommandées par un ouvrier, ou par un mécanisme automatisé réagissant à des données d'images captées à l'aide d'une caméra durant le soudage.
Le brevet US 5,377,238 (Gebelin et al.) propose un dispositif pour couper ou rectifier un support d'un assemblage combustible de réacteur nucléaire. La configuration du dispositif est spécifiquement adaptée à la géométrie prismatique de l'assemblage combustible, et comporte ainsi une plateforme se fixant à l'horizontale sur un support de l'assemblage combustible, un chariot mobile monté sur la plateforme, un treuil pour hisser l'assemblage, des éléments de serrage de l'assemblage pour l'immobiliser, une table montée sur le chariot avec un élément de retour, un support d'outil monté sur la table, et un outil fixé au support d'outil.

La demande JP 2005297090 (Sato et al.) propose un dispositif pour polir une pièce sous l'eau et récupérer les débris sans pour autant nécessiter une pompe d'aspiration. Le dispositif comporte des pales disposées sur l'arbre de rotation de l'outil situé dans une cloche de manière à créer une pression négative dans la cloche pour évacuer les débris et l'eau vers un filtre qui collecte les débris. La construction du dispositif ne permet que des travaux légers de polissage ou meulage.

En général, les appareils et les dispositifs de l'art ont des capacités d'automatisation, de mobilité, d'installation, de robustesse, de rigidité, de précision et/ou d'adaptation limitées au point tel qu'ils ne conviennent pas à l'automatisation et la réalisation de travaux de fraisage intensif sous l'eau, comme dans le cas du fraisage de pièces encastrées d'ouvrages hydro-électriques. Ce cas de fraisage implique des efforts et

3 des vibrations importants au niveau du manipulateur de l'outil de fraisage et nécessite une bonne rigidité globale.

SOMMAIRE
Un objet de la présente invention est de proposer un robot pour effectuer un fraisage d'une structure sous l'eau, comme l'une des pièces encastrées présentes sur des ouvrages hydro-électriques, notamment des voies de roulement, des voies de scellement, le seuil ou le linteau de pertuis servant à accueillir des vannes et des poutrelles.

Un autre objet de la présente invention est de proposer un tel robot qui est apte à
effectuer des tâches de fraisage et notamment le surfaçage, l'usinage 3D, le fraisage en bout, le fraisage en plongée, le rainurage, le "ramping", le contournage, le perçage, l'alésage, le lamage et le taraudage sur des pièces de dimensions variées.
Un autre objet de la présente invention est de proposer un tel robot qui peut utiliser des techniques de référencement par rapport à la structure à usiner sans utiliser de structure portante de référence (i.e. pour se référencer).
Un autre objet de la présente invention est de proposer un tel robot qui permet d'effectuer une tâche de fraisage précise et de façon automatisée sans nécessiter d'itération de mesure pour assurer la précision de la surface usinée.

Un autre objet de la présente invention est de proposer un tel robot qui permet d'effectuer la mesure avec précision de la surface, avant et après la tâche de fraisage.

Un autre objet de la présente invention est de proposer un tel robot ayant des temps d'installation et de désinstallation courts comparativement aux appareils de l'art.

4 Selon un aspect de l'invention, il est proposé un robot pour effectuer un fraisage d'une pièce sous l'eau, comprenant:
un outil de fraisage maintenu par un porte-outil entraîné en rotation par des mécanismes étanches couplés à un moteur submersible;
un capteur de mesure situé près de l'outil de fraisage pour mesurer une distance entre une référence au niveau du robot et une surface de la pièce à
fraiser;
un support soutenant l'outil de fraisage et le capteur de mesure, comprenant des membrures mobiles l'une par rapport à l'autre dans un plan longitudinal par rapport à la surface de la pièce à fraiser, un organe de déplacement des membrures l'une par rapport à l'autre, et une attache destinée à être attachée à un élément pour déplacer le support longitudinalement par rapport à la surface de la pièce à
fraiser, l'outil d'usinage étant fixé à une des membrures à portée de la pièce à usiner lorsque le support est fixé par rapport à la pièce à fraiser, les membrures ayant une rigidité
résistant à des efforts produits par l'outil de fraisage lorsque l'outil de fraisage est en opération;
un ensemble de blocage et de nivellement du support par rapport à la surface de la pièce à fraiser, comprenant des membres ajustables complémentaires opérables pour bloquer le support par friction en position et orientation stables par rapport à une section de la surface de la pièce à fraiser, les membres ajustables et les membrures du support coopérant pour procurer cinq degrés de liberté à
l'outil de fraisage;
une unité de contrôle programmable embarquée sur le support, pour opérer l'organe de déplacement des membrures, les membres ajustables et l'outil de fraisage; et un câble ombilical sous-marin reliant l'unité de contrôle à la surface.

De préférence, le robot est relié à un poste de commande en surface via le câble ombilical. Le poste de commande peut comporter des alimentations de puissance, des moniteurs et un ordinateur de contrôle qui produit et transmet des commandes à
effectuer au robot et qui agit d'interface avec l'utilisateur.

5 Ce qui suit donne un bref aperçu à caractère non-restrictif de certains aspects de l'invention possiblement préférentiels décrits avec plus de détails ci-après.

Un embrayage magnétique peut être utilisé pour coupler le porte-outil au moteur. Le capteur de mesure peut avantageusement être un capteur laser. Le robot peut être doté d'un embout d'aspiration situé près de l'outil de fraisage et relié à un tuyau flexible connecté à une pompe submersible, permettant l'aspiration des copeaux produits par le fraisage et pouvant être récupérés ou filtrés à la sortie de la pompe.

Le robot peut être équipé d'une caméra submersible possiblement miniature, positionnée pour visionner l'outil de fraisage.

Les membrures permettent d'utiliser avantageusement le robot pour effectuer des travaux d'usinage d'envergure.
L'ensemble de blocage et de nivellement peut avoir une configuration permettant de maintenir, de bloquer en place et de positionner le robot dans une encoche vis-à-vis la section de la surface de la pièce à usiner.

DESCRIPTION BREVE DES DESSINS

Une description détaillée des réalisations préférées de l'invention sera donnée ci-après en référence avec les dessins suivants:

Figure 1 est un diagramme schématique d'un robot de fraisage submersible selon la présente invention, en position à l'intérieur de l'encoche d'une vanne de barrage, pour effectuer la réfection de la voie de scellement.

Figure 2 est un diagramme schématique d'un vue rapprochée du robot positionné
dans l'encoche illustré à la figure 1.

6 Figure 3 est un diagramme schématique du robot de fraisage submersible.

Figure 4 est un diagramme schématique des deux membrures de la structure de support et de guidage de l'outil de fraisage, du capteur de mesure laser, de l'embout d'aspiration des copeaux et de la caméra miniature, permettant les déplacements dans le plan perpendiculaire à l'outil de fraisage.

Figure 5A est un diagramme schématique (vue du dessus) de la seconde membrure de la structure de support et de guidage de l'outil de fraisage, du capteur de mesure laser, de l'embout d'aspiration des copeaux et de la caméra miniature.

Figure 5B est un diagramme schématique (vue du dessous) de la seconde membrure de la structure de support et de guidage de l'outil de fraisage, du capteur de mesure laser, de l'embout d'aspiration des copeaux et de la caméra miniature.
Figure 6 est un diagramme schématique de la structure de support et de guidage d'un pied de nivellement.

Figure 7 est un diagramme schématique en coupe du mécanisme de support et de guidage d'un pied de nivellement.

Figure 8 est un diagramme schématique en coupe du mécanisme étanche connecté
à l'embrayage magnétique du moteur submersible de l'outil de coupe.

Figure 9 est un diagramme schématique en coupe du mécanisme étanche connecté
au porte-outil de coupe.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES RÉALISATIONS PRÉFÉRÉES

7 Tel qu'utilisé dans le cadre de cette divulgation, l'expression "structure sous l'eau"
comprend une structure qui peut être entièrement ou partiellement immergée ou submergée.

En référence à la Figure 1, le robot de fraisage 1 selon l'invention comporte les éléments nécessaires pour fraiser une pièce de structure sous l'eau telle qu'une des pièces encastrées d'une encoche de vanne ou de poutrelles d'un ouvrage 2 hydro-électrique. Le robot 1 peut être placé pour fraiser la pièce encastrée 3 ou 4 (opposée à la pièce 3, mais non visible dans la Figure) de l'encoche gauche 5 ou la pièce encastrée 6 ou 7 (opposée à la pièce 6, mais non visible dans la Figure) de l'encoche droite 8. Ces pièces encastrées définissent des voies de roulement ou de scellement utilisées par une vanne ou des poutrelles de l'ouvrage 2. Dans l'exemple illustré dans la Figure, le robot 1 peut être placé au dessus de l'encoche 5 choisie et peut être par la suite descendu à l'intérieur de l'encoche 5 par l'entremise du câble métallique 16 à
l'aide d'un système composé de levage tel un treuil, un pont roulant, etc.
(non illustré) afin de positionner grossièrement le robot 1 à la distance verticale désirée en rapport avec la surface supérieure 12 de l'encoche 5 visée. Le robot 1 peut alors être descendu sur toute la distance de la pièce encastrée 3 visée jusqu'au point le plus bas, le seuil 9 de l'ouvrage 2. L'alimentation électrique et le contrôle du robot sont effectués par l'entremise du câble ombilical submersible 10, à partir d'un poste de commande 11. Le câble ombilical submersible 10 peut contenir à la fois les conducteurs de puissance et de communication nécessaire, et un tuyau d'alimentation en gaz. Il est aussi possible d'utiliser de manière séparée (non-combinée) un câble ombilical et un tuyau d'alimentation en gaz.
En référence à la Figure 2, le robot de fraisage 1 est attaché au câble métallique 16 provenant du treuil en surface par l'attache 13. La surface usinable possible de la pièce encastrée 3 visée est localisée à l'intérieur de l'ouverture 14 de la structure de support et de guidage 15 (nommé aussi bâti ou support) du robot 1.

8 En référence à la Figure 3, la structure de support et de guidage 15 supporte des éléments mobiles submersibles comme une membrure principale 17, une membrure secondaire 18, trois mécanismes de support et de guidage des pieds de nivellement 19, 20 et 21, deux pistons de poussée 22 et 23 et les éléments qui y sont associés.
La structure de support et de guidage 15 comprend des éléments de guidage submersibles correspondants comme les paires de rails 27 et 28, les butées mécaniques 39 et 40 et les éléments qui y sont associés, définissant un axe nommé
Y le long duquel la membrure principale 17 et la membrure secondaire 18 sont déplaçables pour positionner le support mobile 29 par rapport à la pièce à
usiner. La structure de support et de guidage 15 comprend des éléments de transmission de mouvement submersibles correspondants comme une crémaillère (non-illustrée) placée en parallèle avec le rail 27, utilisée pour le déplacement de la membrure principale 17.

Pour des fins de rigidité, les pistons 22 et 23 sont reliés par une poutre robuste 24.
Les pistons 22 et 23 peuvent être alimentés par l'alimentation en gaz provenant de la surface par l'entremise du câble ombilical 10 (Figure 1). Lorsque la pression nécessaire est présente dans le circuit d'alimentation en gaz, le deux pistons 22 et 23 vont s'étirer et permettre aux deux pieds d'appui 31 et 32 de s'appuyer sur la surface opposée 4 (Figure 2) à la pièce encastrée 3 (Figure 2) à usiner. L'action résultante des deux pistons 22 et 23 entraîne une contre-réaction sur les trois mécanismes de support et de guidage des pieds de nivellement 19, 20 et 21, ce qui a pour effet de maintenir par friction, en cinq points d'appui, le robot de fraisage 1 dans l'encoche 5 (Figure 2). A la poutre 24 est attaché un support à caméra 25 qui peut orienter et maintenir en place une caméra submersible 26 optionnelle qui permet de visionner le déplacement de la membrure principale 17 et la membrure secondaire 18.

Le robot de fraisage 1 comporte un tube étanche 33 contenant les composantes électriques et électroniques qui forme l'unité de contrôle embarquée. Le tube étanche 33 se connecte au câble ombilical 10 (Figure 1) et aux différents câbles de tous les capteurs et les actionneurs présents sur le robot. Les câbles se dirigeant vers la

9 membrure principale 17 et la membrure secondaire 18 passent à travers un guide de câbles comme le guide de câbles mobile 34. Par la suite, les câbles se dirigeant vers la membrure secondaire 18 passent à travers un second guide de câbles comme le guide de câbles mobile 35. Les guides de câbles 34 et 35 ont pour fonction la protection des câbles et le déplacement fluide des membrures 17 et 18. L'unité
de contrôle embarquée est programmable et permet d'opérer les organes de déplacement et le moteur de rotation de l'outil de fraisage suivant un mode de contrôle possiblement en boucle ouverte, avec vérification de la trajectoire, afin d'effectuer le fraisage de la structure visée.
Le robot de fraisage 1 est composé d'une pompe submersible 37 fixée par un support fixe situé à l'extérieur de l'encoche, comme le collier de serrage 36 qui est attaché au tube étanche 33. La pompe submersible 37 peut permettre l'aspiration des copeaux produits par le fraisage par l'entremise d'un tuyau flexible se dirigeant jusqu'au support mobile 29 comme le tuyau flexible 38. Les copeaux aspirés par la pompe peuvent être filtrés et/ou récupérés (non-illustré) à la sortie de la pompe 37 ou évacués (non-illustré) à la surface pour un traitement ultérieur.

Le robot de fraisage 1 peut être attaché en utilisant deux attaches 13 et 30 positionnée aux deux extrémités de la plaque de la structure de support et de guidage 15. La configuration de l'attache peut permettre de tourner le robot de 180 et ainsi permettre au robot 1 de fraiser du côté opposé de l'encoche utilisée.
Dans l'exemple de la Figure 1, l'attache 13 est utilisée pour fraiser la pièce encastrée 3 et 7, alors que l'attache 30 est utilisée pour fraiser la pièce encastrée 4 et 6.
Le robot de fraisage 1 est de préférence conçu de manière modulaire et peut être adapté aux différentes dimensions d'encoches pouvant être rencontrées en modifiant l'arrangement, les positions et les dimensions des pièces mécaniques, ainsi que l'arrangement et les positions des différents capteurs et actionneurs.

En référence à la Figure 4, la membrure principale 17 utilises deux paires de patins de guidage, comme les patins 41 et 42 (l'autre paire de patins est non-illustrée) qui glissent sur les rails 27 et 28 (Figure 3) afin de permettre un déplacement dans l'axe Y défini précédemment. La membrure principale 17 comprend des éléments de transmission de mouvement submersibles correspondants comme le pignon de précision 76, actionné par un moteur submersible comme le moteur pas-à-pas hybride 45 avec réducteur intégré, afin d'engendrer un déplacement en relation avec la crémaillère de l'axe Y présente sur la structure de support et de guidage 15 (Figure 3). Des capteurs de proximité comme les capteurs inductifs 46 et 47 permettent de détecter les deux fins de course de l'axe Y par la détection de la présence des butées mécaniques 40 et 39 (Figure 3) respectivement.

La membrure principale 17 comprend des éléments de guidage submersibles correspondants comme les paires de rails 43 et 44 et les éléments qui y sont associés, définissant un axe nommé X le long duquel la membrure secondaire 18 est déplaçable pour positionner le support mobile 29 par rapport à la pièce à
usiner. La membrure principale 17 comprend des éléments de transmission de mouvement submersibles correspondants comme la crémaillère 48 placée en parallèle avec le rail 44, permettant à la membrure secondaire 18 de se déplacer.
En référence à la Figure 4, la Figure 5A, la Figure 5B, la Figure 8 et la Figure 9, la membrure secondaire 18 utilises deux paires de patins de guidage, comme les patins 49, 50, 51 et 52 qui glissent sur les rails 43 et 44 afin de permettre un déplacement dans l'axe X défini précédemment. La membrure secondaire 18 comprend des éléments de transmission de mouvement submersibles correspondants comme le pignon de précision 53, actionné par un moteur submersible comme le moteur pas-à-pas hybride 54 avec réducteur intégré, afin d'engendrer un déplacement en relation avec la crémaillère 48 de l'axe X présente sur la membrure principale 17.

Le support mobile 29 permet de supporter le mécanisme submersible du porte-outil 55, la caméra submersible 56, l'embout de récupération des particules 57 connecté

au tuyau flexible 38 (Figure 3) et le capteur de mesure submersible 58. La caméra submersible 56 est optionnelle et permet de visionner la zone où agit l'outil de coupe 59. Le capteur de mesure submersible 58 est utilisé pour effectuer la mesure relative de la distance entre un point de référence du robot et un point correspondant de la surface de la pièce à réfectionner. Pour avoir une bonne résolution et obtenir une bonne précision de mesure, un capteur basé sur une technologie laser est suggéré, mais d'autres types peuvent aussi être utilisés si les précisions requises sont respectées. Le type de capteur laser permet d'effectuer la mesure sans contact avec la surface, ce qui est intéressant pour une application immergée.
Dans cette configuration, l'outil de coupe 59 est maintenu en place grâce au mécanisme du porte-outil 55 et est entraîné en rotation par la poulie dentée 60 qui est entraîné par la poulie dentée 61 par l'entremise de la courroie dentée 62. La courroie dentée 62 est tendue légèrement par le tendeur 63. La poulie dentée 61 est entraînée en rotation par le mécanisme de couplage submersible 64 au moteur submersible de puissance 65. Dans cette configuration, le mécanisme de couplage submersible utilise un couplage magnétique pour se connecter au moteur 65, mais l'utilisation d'un couplage plus standard est aussi possible. De plus, il est possible de coupler directement le moteur 65 au porte-outil 55 en modifiant la conception mécanique du mécanisme du porte-outil 55.

En référence à la Figure 6 et la Figure 7, un des mécanismes de support et de guidage des pieds de nivellement 19, 20 et 21 est représenté. Le pied de nivellement 66 est supporté et guidé en translation par l'assemblage submersible 67 où le mouvement de rotation de la poulie dentée 68 est transformé en un mouvement de translation grâce à l'utilisation d'une vis ACME 69 ayant un chemin de clef sur sa longueur. La poulie dentée 68 est entraînée par la poulie dentée 70, directement couplée à un moteur submersible comme le moteur pas-à-pas hybride 71 avec réducteur intégré, par l'entremise de la courroie dentée 72 légèrement tendue par le tendeur 73. Lorsque le pied de nivellement 66 atteint sa fin de course la plus éloigné

de l'assemblage submersible 67, la pièce métallique 74 active le capteur de proximité
utilisé comme le capteur inductif 75.

Grâce à la construction décrite précédemment, le robot peut être utilisé dans une profondeur d'eau d'au moins 30 mètres. La structure mécanique spécialisée à la tâche assure une rigidité soutenant les efforts de fraisage dans le cadre d'une réfection de structures d'acier ou autres. Le nombre de degrés de liberté et de pièces en mouvement est minimal afin d'assurer les mouvements requis par la tâche d'usinage, et la rigidité de chaque partie de la structure de support et de guidage est adaptée aux efforts auxquels elle est soumise. Les capacités de positionnement du robot, grâce aux dispositifs de mesure précis et la rigidité suffisante, jumelés à la stratégie de contrôle avec vérification de la trajectoire, permettent d'effectuer la tâche de fraisage ou autre usinage similaire de façon automatisée et avec précision.

Le robot présente donc 5 degrés de liberté et permet donc, relativement à
l'outil de coupe 59, une translation dans l'axe X résultante du déplacement de la membrure secondaire 18, une translation dans l'axe Y résultante du déplacement de la membrure principale 17, une translation dans l'axe Z (perpendiculaire au plan X-Y) résultante du déplacement conjoint des trois pieds de nivellement actionnés par les mécanismes 19, 20 et 21 de la membrure secondaire 17 et 2 rotations (un autour de l'axe X et l'autre autour de l'axe Y) résultants du déplacement d'un ou deux pieds de nivellement pendant que le troisième reste fixe.

Pour obtenir un positionnement précis afin d'effectuer par exemple la rectification sur toute la longueur d'une pièce encastrée, le système peut utiliser plusieurs méthodes de positionnement par chevauchement. Ces méthodes permettent de référencer globalement le robot de fraisage par rapport à un point de référence situé
dans la partie supérieure de l'encoche choisie, hors de l'eau. La méthode utilisée permet, en partant du point de référence de départ, d'utiliser des références locales entre chacun des déplacements du robot afin de retrouver la position relative par rapport à
la position précédente et donc après calculs de déterminer la position courante du robot.

La méthode de positionnement standard comprend les étapes suivantes:
(1) Le robot est placé à l'intérieur de l'encoche et submergé à environ 90%, ce qui équivaut à la première section d'usinage.

(2) Deux références miroir sur la partie supérieure du robot sont ensuite référencées à l'extérieur de l'eau en utilisant un "tracker" laser de précision. Grâce aux déplacements de chacun des pieds de nivellement, l'orientation (rotation) de l'axe X
et de l'axe Y du robot est modifié jusqu'à ce que le plan X-Y nécessaire à la rectification soit atteint. Le robot est ensuite initialisé à son point d'origine ("zéro machine").
(3) La rectification est faite sur la zone d'usinage en cours en utilisant des mouvements de translation en X, Y et Z. Un algorithme de trajectoire compense la légère déviation en rotation de l'axe Z qui peut être présente (Arz).
Facultativement, le capteur de mesure peut effectuer la mesure complète ou partielle de la surface avant et/ou après la rectification.

(4) Le robot est abaissé d'environ 900mm. Si le fond de l'encoche est atteint, cette section d'usinage sera la dernière.

(5) La surface de chevauchement corrigée à la section d'usinage précédente, équivalent au 100mm supérieur de l'ouverture 14, est mesurée avec le capteur de mesure situé sur le support mobile 29, près de l'outil de coupe. Avec l'utilisation d'un algorithme de vision, couplé optionnellement à des capteurs sur le robot (comme par exemple des inclinomètres), les écarts Atx, Aty, Atz, &rx, Ary et Arz résultants du dernier déplacement du robot peuvent être obtenu correctement en fonction de la précision des mesures effectuées.

(5) L'orientation (rotation) de l'axe X et de l'axe Y du robot est modifié
jusqu'à ce que le plan X-Y nécessaire à la rectification soit atteint. Ce plan équivaut à la continuité du plan obtenu à la section d'usinage précédente.
(6) Saut au point 3.

D'autres méthodes de positionnement peuvent être utilisées lorsque l'usinage n'a pas à être effectué sur toute la longueur de la pièce de façon constante. Le principe de base reste le même, mais les étapes, les algorithmes et les calculs à
effectuer sont différents.

Bien que des réalisations de l'invention aient été illustrées dans les dessins ci-joints et décrites ci-dessus, il apparaîtra évident pour les personnes versées dans l'art que des modifications peuvent être apportées à ces réalisations sans s'écarter de l'invention. Par exemple, la structure de support et de guidage 15, la membrure principale 17, la membrure secondaire 18, ainsi que les différents mécanismes submersibles 55, 64 et 67 peuvent être construits différemment, en autant que leurs constructions soient submersibles, présentent des rigidités résistant aux efforts directs et indirects produits par l'outil de fraisage 59, et accomplissent des fonctions semblables à celles décrites ci-dessus. Les moteurs 19, 20, 21, 45, 54 et 65 et les pistons 22 et 23, contribuent à la précision des déplacements de l'outil de fraisage 59, et fournissent une portée adéquate de déplacement et de positionnement de l'outil de fraisage 59 par rapport à la pièce à usiner pour une tâche de fraisage ou autre usinage similaire. Les moteurs 19, 20, 21, 45, 54 et 65 peuvent être de type et de construction différente si voulu, en autant qu'ils permettent les positionnements requis des éléments mobiles. Les moteurs 19, 20, 21, 45 et 54 peuvent être équipés optionnellement d'un frein mécanique pour une sécurité accrue. Certaines butées mécaniques et/ou capteurs de fin de course peuvent ne pas avoir été nommés ou illustrés, ou pourraient être ajoutés pour une redondance et/ou une sécurité
accrue.

Tous les capteurs de fin de course peuvent être positionnés et sélectionnés en utilisant un capteur et/ou une méthode alternative.

Il est possible d'utiliser le robot dans d'autres configurations, par exemple en se déplaçant verticalement ou horizontalement sur une structure quelconque sans utiliser celle-ci à des fins de référencement, mais bien seulement pour remplacer le câble provenant du treuil en surface. Le système de blocage dans l'encoche peut alors être remplacé par un autre système de blocage en relation avec la surface à
usiner tout dépendamment de la configuration utilisé et de l'ouvrage.
Le robot peut aussi être utilisé pour réaliser des travaux de réfection d'une structure immergée dans un port maritime, d'un puits de forage, d'une structure de pont, ou d'une coque de bateau.

Claims

1. Robot pour effectuer un fraisage d'une pièce sous l'eau, comprenant:
un outil de fraisage maintenu par un porte-outil entraîné en rotation par des mécanismes étanches couplés à un moteur submersible;
un capteur de mesure situé près de l'outil de fraisage pour mesurer une distance entre une référence au niveau du robot et une surface de la pièce à
fraiser;
un support soutenant l'outil de fraisage et le capteur de mesure, comprenant des membrures mobiles l'une par rapport à l'autre dans un plan longitudinal par rapport à la surface de la pièce à fraiser, un organe de déplacement des membrures l'une par rapport à l'autre, et une attache destinée à être attachée à un élément pour déplacer le support longitudinalement par rapport à la surface de la pièce à
fraiser, l'outil d'usinage étant fixé à une des membrures à portée de la pièce à usiner lorsque le support est fixé par rapport à la pièce à fraiser, les membrures ayant une rigidité
résistant à des efforts produits par l'outil de fraisage lorsque l'outil de fraisage est en opération;
un ensemble de blocage et de nivellement du support par rapport à la surface de la pièce à fraiser, comprenant des membres ajustables complémentaires opérables pour bloquer le support par friction en position et orientation stables par rapport à une section de la surface de la pièce à fraiser, les membres ajustables et les membrures du support coopérant pour procurer cinq degrés de liberté à
l'outil de fraisage;
une unité de contrôle programmable embarquée sur le support, pour opérer l'organe de déplacement des membrures, les membres ajustables et l'outil de fraisage; et un câble ombilical sous-marin reliant l'unité de contrôle à la surface.

2. Appareil, système ou méthode pour effectuer un fraisage d'une pièce sous l'eau, comprenant toute caractéristique décrite, individuellement ou en combinaison avec toute autre caractéristique, dans toute configuration.