FR2460762A1

FR2460762A1 - Tool orienting control system - effects positioning by deforming articulated parallelogram on carriage supporting tool

Info

Publication number: FR2460762A1
Application number: FR7918098A
Authority: FR
Inventors: Jean-Paul Frachet; Andre Clement
Original assignee: Technigaz
Current assignee: Technigaz
Priority date: 1979-07-12
Filing date: 1979-07-12
Publication date: 1981-01-30
Also published as: FR2460762B1

Abstract

The orientation of a tool or detector is controlled w.r.t. a workpiece by an articulated parallelogram assembly. This allows control to be effected without play and keeps the pivot centre of the tool contact point between the tool and workpiece. A carriage (1) which moves on a rail provides support for a tool (2) which is fixed to a parallelogram (5) comprising upper and lower crank arms (4,6) connected by two vertical arms (7,8). A centre arm (9) provides rigidity to the assembly which has high precision bearings for the joints. A centre arm (13) and the upper arm are mounted on shafts (12,14) which rotate in the carriage support. One shaft (12) is driven by a notched belt and pulley to provide the orientation control for the tool by deforming the parallelogram.

Description

La présente invention se rapporte à un dispositif pour la commande de l'orientation d'un outil, d'un capteur ou d'un élément analogue par rapport à une pièce sur laquelle cet outil ou autre élément se déplace. The present invention relates to a device for controlling the orientation of a tool, a sensor or the like with respect to a part on which this tool or other element moves.

I1 est souvent nécessaire de pouvoir orienter un outil, un capteur ou un élément analogue par rapport à une pièce pour le maintenir ou l'amener dans une position requise, par exemple perpendiculaire à la surface d'une pièce profilée et (ou) selon une certaine position angulaire relativement à cette pièce. Ceci est le cas, par exemple, quand on déplace un outil ou un capteur monté sur un chariot lui-même mobile sur un support, tel qu'un rail ou analogue, le long de la surface d'une pièce profilée telle qu'une tôle gaufrée, et quand on désire maintenir cet outil ou ce capteur dans une position rela- tive donnée, par exemple perpendiculaire à la surface de la pièce.Ceci est le cas également lorsqu'on désire orienter un outil relativement à une pièce pour effectuer un certain travail, par exemple pour réaliser une soudure "en montant", ce qui exige une position oblique orientée vers le haut de la torche pour 'soutenir' la soudure. It is often necessary to be able to orient a tool, a sensor or the like with respect to a part in order to maintain it or bring it into a required position, for example perpendicular to the surface of a profiled part and / or according to a certain angular position relative to this part. This is the case, for example, when moving a tool or a sensor mounted on a carriage itself mobile on a support, such as a rail or the like, along the surface of a profiled part such as a embossed sheet, and when you want to keep this tool or this sensor in a given relative position, for example perpendicular to the workpiece surface. This is also the case when you want to orient a tool relative to a workpiece to perform a some work, for example to make a weld "going up", which requires an oblique position oriented towards the top of the torch to "support" the weld.

Le montage direct de cet outil ou de ce capteur sur un axe ou arbre rotatif porté par un chariot ou analogue et entrainé par exemple par un moteur tel qu'un moteur pas à pas pose certains problèmes. En effet, dans un tel cas, si l'outil doit, d partir d'un point donné de la courbe de travail sur la pièce, prendre une certaine orientation, ceci ne peut être obtenu que par un déplacement approprié du chariot ou support sur lequel il est monté. On conçoit que, pour un certain type d'o- rientation de l'outil, par exemple à partir d'une position perpendiculaire à la pièce, ceci peut exiger un recul du chariot. Or une telle inversion de mouvement du chariot est préjudiciable à l'absence de jeux dans la commande et doit en conséquence être évitée. Direct mounting of this tool or of this sensor on a rotary axis or shaft carried by a carriage or the like and driven for example by a motor such as a stepping motor poses certain problems. Indeed, in such a case, if the tool must, from a given point on the working curve on the workpiece, take a certain orientation, this can only be obtained by an appropriate movement of the carriage or support on which he rode. It is understood that, for a certain type of orientation of the tool, for example from a position perpendicular to the workpiece, this may require a retraction of the carriage. However, such a reversal of movement of the carriage is detrimental to the absence of play in the control and must therefore be avoided.

On a proposé, pour remédier à cet inconvénient, de reporter le point de pivotement de l'outil, du capteur ou analogue en un centre de pivotement fictif constitué par le point d'attaque de la pièce par l'outil, correspondant en principe à la pointe de l'outil. Ainsi, il a été proposé à cet effet de prévoir, dans le chariot ou support analogue, au moins une coulisse de profil approprié, pour obtenir ce report du centre de pivotement. Toutefois, une telle solution est complexe et d'une réalisation croûteuse. It has been proposed, to remedy this drawback, to defer the pivot point of the tool, of the sensor or the like in a fictitious pivot center constituted by the point of attack of the part by the tool, corresponding in principle to the tip of the tool. Thus, it has been proposed for this purpose to provide, in the carriage or similar support, at least one slide of suitable profile, to obtain this transfer of the pivot center. However, such a solution is complex and of a crusty realization.

Le but de l'invention est d'apporter une solution à ce problème et de créer un dispositif pour commander l'orientation d'un outil ou élément analogue par rapport à une pièce de réalisation simple et robuste, ne présentant pas de jeux, et reportant le centre de pivotement au point de contact entre l'outil et la pièce. The object of the invention is to provide a solution to this problem and to create a device for controlling the orientation of a tool or similar element with respect to a simple and robust production part, having no play, and transferring the pivot center to the point of contact between the tool and the workpiece.

L'invention est matérialisée dans un dispositif du type mentionné pour commander l'orientation d'un outil ou élément analogue relié à un support tel qu'un chariot ou support équivalent, caractérisé en ce que l'outil est rendu angulairement solidaire d'une biellette formant un côté d'un parallélogramme articulé dont la biellette formant le côté opposé est reliée au support par un axe déplaçable en rotation, les dimensions relatives de ces biellettes étant telles que la pointe de l'outil, qui constitue un centre d'orientation fictif, se trouve dans un plan passant par cet axe de rotation prévu sur le support, des moyens étant également prévus pour maintenir ce parallélogramme articulé dans une position telle que cette pointe de outil demeure dans ce plan lors de la rotation de cet axe, à laquelle correspond un changement d'orientation de l'outil. The invention is embodied in a device of the type mentioned for controlling the orientation of a tool or similar element connected to a support such as a carriage or equivalent support, characterized in that the tool is made angularly integral with a connecting rod forming one side of an articulated parallelogram whose connecting rod forming the opposite side is connected to the support by an axis movable in rotation, the relative dimensions of these connecting rods being such that the tip of the tool, which constitutes a center of orientation fictitious, is in a plane passing through this axis of rotation provided on the support, means being also provided for maintaining this articulated parallelogram in a position such that this tool tip remains in this plane during the rotation of this axis, at which corresponds to a change in orientation of the tool.

Suivant un mode de réalisation paraissant judicieux, l'outil forme le prolongement de la biellette précitée du parallélogramme articulé, dont il est solidaire, et la biellette de ce parallélogramme opposée à celle portant cet outil est elle-meme prolongée sur une distance égale à la longueur en saillie dudit outil, pour son montage sur le support autour d'un axe de rotation. According to an embodiment which seems judicious, the tool forms the extension of the aforementioned link of the articulated parallelogram, of which it is integral, and the link of this parallelogram opposite to that carrying this tool is itself extended over a distance equal to the protruding length of said tool, for mounting on the support about an axis of rotation.

Les moyens maintenant le parallélogramme dans la position requise relativement au support peuvent comprendre avantageusement une autre biellette articulée sur le support en un point situé dans le plan précité, passant par l'axe de rotation prévu sur le support et par la pointe de l'outil, cette biellette étant reliée à l'un des deux autres côtés du parallélogramme articulé et étant parallèle à la biellette portant l'outil. The means maintaining the parallelogram in the required position relative to the support may advantageously comprise another link articulated on the support at a point located in the above-mentioned plane, passing through the axis of rotation provided on the support and through the tip of the tool , this rod being connected to one of the two other sides of the articulated parallelogram and being parallel to the rod carrying the tool.

Ainsi, les deux côtés restants du parallélogramme articulé sont, dans toutes les positions angulaires de l'axe précité, parallèles au plan comprenant l'axe de rotation prévu sur le support et la pointe de l'outil, et on conçoit aisément qu'une rotation positive de cet axe fait basculer le parallélogramme articulé autour de celuici et autour de la pointe de l'outil. L'orientation de l'outil change alors autour de sa pointe, qui constitue ainsi un centre fictif d'orientation. Thus, the two remaining sides of the articulated parallelogram are, in all the angular positions of the aforementioned axis, parallel to the plane comprising the axis of rotation provided on the support and the tip of the tool, and it is easily conceivable that a positive rotation of this axis switches the parallelogram hinged around it and around the tip of the tool. The orientation of the tool then changes around its tip, which thus constitutes a fictitious center of orientation.

De cette manière, il est possible de modifier l'orientation d'un outil, d'un capteur ou d'un élément analogue par rapport à une pièce de façon indépendante relativement aux coordonnées cartésiennes du point de travail sur la pièce, sans déplacement du support associe et indépendamment de sa position, et ainsi sans inversion du sens de déplacement d'un chariot portant l'outil ou le capteur. In this way, it is possible to modify the orientation of a tool, a sensor or the like relative to a part independently with respect to the Cartesian coordinates of the working point on the part, without moving the support associates independently of its position, and thus without reversing the direction of movement of a carriage carrying the tool or the sensor.

I1 va de soi que, chaque fois qu'on a utilisé ici l'expression "pointe de l'outil", le point correspondant peut être remplacé par le point de travail ou d'action réel par rapport auquel une modification d'orientation est désirable, par exemple quand il s'agit d'un outil agissant sur une pièce en demeurant à une certaine distance de celle-ci. Dans ce cas, le centre fictif d'orientation est le point de travail de l'outil sur la pièce, ce point étant pris en considération pour le respect des relations dimensionnelles mentionnées ci-avant. It goes without saying that, whenever the expression "tool tip" has been used here, the corresponding point can be replaced by the actual working or action point with respect to which a change in orientation is desirable, for example when it is a tool acting on a part while remaining at a certain distance from it. In this case, the fictitious orientation center is the working point of the tool on the part, this point being taken into consideration for the respect of the dimensional relationships mentioned above.

La description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, donné à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. The description which follows, made with reference to the appended drawing, given without limitation, will allow a better understanding of the invention.

La Fig. 1 est une vue en perspective d'un dispositif suivant l'invention. Fig. 1 is a perspective view of a device according to the invention.

La Fig. 2 est une représentation schématique des liaisons cinématiques prévues dans le dispositif. Fig. 2 is a schematic representation of the kinematic connections provided in the device.

Sur le dessin, on a représenté d'une façon générale en 1 un support qui peut être par exemple un chariot se déplaçant sur un rail ou élément analogue adapté luimême sur une pièce. On supposera, dans le cas présent, que ce support 1 sert au montage et au déplacement d'un outil, qui est indiqué schématiquement en 2 sur la Fig. 1 et qui est désigné par la même référence sur la- Fig. 2, mais on comprendra qu'il pourrait s'agir également d'un capteur ou d'un élément analogue. Comme indiqué précédemment, cet outil doit pouvoir subir un déplacement d'orientation relativement à une pièce, qui est indiquée schématiquement par la ligne 3 sur la Fig. 2. In the drawing, there is generally shown at 1 a support which can be for example a carriage moving on a rail or similar element adapted itself on a part. It will be assumed, in the present case, that this support 1 is used for mounting and moving a tool, which is indicated diagrammatically at 2 in FIG. 1 and which is designated by the same reference in FIG. 2, but it will be understood that it could also be a sensor or the like. As indicated previously, this tool must be able to undergo an orientation displacement relative to a part, which is indicated diagrammatically by line 3 in FIG. 2.

Suivant l'invention, l'outil 2 est fixé dans le prolongement de la biellette inférieure 4 formant un côté d'un parallélogramme articulé, désigné dans son ensemble par la référence 5. Ce parallélogramme comprend de façon classique, à l'opposé de la biellette 4, une biellette parallèle 6, les biellettes 4 et 6 étant reliées l'une à l'autre par deux biellettes 7 et 8 qui sont également parallèles entre elles. Une biellette médiane 9, parallèle aux biellettes 4 et 6, relie entre eux les milieux des biellettes 7 et 8, pour augmenter le caractère d'indéformabilité du parallélogramme articulé. Les extrémités supérieures (dans le cas du dessin) des biellettes 6 et 7 sont reliées entre elles par un axe 10 pour tenir compte du déport latéral entre les biellettes 4 et 6, c'est-àdire en fait entre l'outil 2 et le support 1. Les articulations entre les biellettes sont judicieusement constituées par des roulements de haute précision. According to the invention, the tool 2 is fixed in the extension of the lower link 4 forming one side of an articulated parallelogram, generally designated by the reference 5. This parallelogram conventionally comprises, opposite the rod 4, a parallel rod 6, the rods 4 and 6 being connected to one another by two rods 7 and 8 which are also parallel to each other. A middle link 9, parallel to the links 4 and 6, interconnects the centers of the links 7 and 8, to increase the non-deformability of the articulated parallelogram. The upper ends (in the case of the drawing) of the links 6 and 7 are connected together by an axis 10 to take account of the lateral offset between the links 4 and 6, that is to say in fact between the tool 2 and the support 1. The joints between the rods are judiciously constituted by high precision bearings.

La biellette 6 est prolongée au-delà de son point d'articulation 11 avec la biellette 8 sur une distance qui correspond à la longueur dont l'outil 2 fait saillie au-delà de la biellette 4. L'extrémité libre de cette biellette 6 est calée sur un axe ou arbre 12 qui, comme visible sur la Fig. 2, est tourillonné dans une partie du support 1. Enfin, une biellette 13 est montée à pivotement en 14 sur le support I et elle est reliée à articulation au parallélogramme articulé 5 sur l'axe 16 d'articulation des biellettes 8 et 9, en demeurant parallèle aux biellettes 4 et 6. La distance entre les axes 12 et 14 est ainsi bien entendu égale à la distance entre les axes 11 et 16, et la longueur de la biellette 13 est égale à la longueur du prolongement de la biellette 6.Du fait de la relation dimensionnelle précitée entre l'outil 2, le prolongement de la biellette 6 et la biellette 13, et également du fait du positionnement résultant des biellettes 7 et 8 dans des directions parallèles à un plan contenant les axes 12 et 14, la pointe I de l'outil se trouve également dans le plan contenant ces axes 12, 14, qui est ici un plan vertical mais qui pourrait bien entendu présenter toute autre orientation désirée. The link 6 is extended beyond its point of articulation 11 with the link 8 over a distance which corresponds to the length of which the tool 2 projects beyond the link 4. The free end of this link 6 is fixed on an axis or shaft 12 which, as visible in FIG. 2, is journalled in a part of the support 1. Finally, a link 13 is pivotally mounted at 14 on the support I and it is hingedly connected to the articulated parallelogram 5 on the axis 16 of articulation of the links 8 and 9, remaining parallel to the links 4 and 6. The distance between the axes 12 and 14 is thus of course equal to the distance between the axes 11 and 16, and the length of the link 13 is equal to the length of the extension of the link 6 Due to the aforementioned dimensional relationship between the tool 2, the extension of the link 6 and the link 13, and also due to the positioning resulting from the links 7 and 8 in directions parallel to a plane containing the axes 12 and 14 , the tip I of the tool is also in the plane containing these axes 12, 14, which is here a vertical plane but which could of course have any other desired orientation.

L'arbre 12 tourillonné dans le support 1 porte une roue ou poulie 17 qui est entraSnée, par exemple par l'intermédiaire d'une courroie crantée 18 (Fig. 2), à partir d'une roue ou poulie 19 calée sur l'arbre de sortie 20 d'un moteur pas à pas (non représenté) monté dans le support 1 formant carter. The shaft 12 journalled in the support 1 carries a wheel or pulley 17 which is driven, for example by means of a toothed belt 18 (Fig. 2), from a wheel or pulley 19 wedged on the output shaft 20 of a stepping motor (not shown) mounted in the support 1 forming a casing.

Le mode de fonctionnement de ce dispositif sera décrit ci-après en se reportant plus spécialement à la
Fig. 1.The mode of operation of this device will be described below with particular reference to the
Fig. 1.

On comprend que l'axe ou arbre 12 peut être en tramé en rotation à partir du moteur monté dans le support 1 par l'intermédiaire du train réducteur constitué par les poulies 19, 17 et la courroie 18. It is understood that the axis or shaft 12 can be rotated in rotation from the motor mounted in the support 1 by means of the reduction gear constituted by the pulleys 19, 17 and the belt 18.

Lors de cette rotation de l'axe 12, la biellette 6 bascule autour dudit axe en provoquant la déformation du parallélogramme articulé 5. Etant donné qu'un guidage est assuré par appui de ce parallélogramme sur le support 1 par l'intermédiaire de la biellette 13, que cette biellette 13 est parallèle aux biellettes 4 et 6, qu'elle a une longueur égale à la longueur de l'outil 2 en saillie par rapport à la biellette 4 ou à celle du prolongement de la biellette 6, et que l'axe 14 se trouve dans le plan passant par l'axe 12 et par le point I, il résulte de ce pivotement de l'axe 12 et de la déformation du parallélogramme articulé 5 un pivotement de l'ou- til 2 formant le prolongement de la biellette 4 autour de ce même point I situé dans le plan précité. During this rotation of the axis 12, the link 6 rocks around said axis causing the deformation of the articulated parallelogram 5. Since guiding is ensured by pressing this parallelogram on the support 1 via the link 13, that this link 13 is parallel to the links 4 and 6, that it has a length equal to the length of the tool 2 projecting from the link 4 or that of the extension of the link 6, and that l axis 14 is in the plane passing through axis 12 and through point I, it results from this pivoting of axis 12 and from the deformation of the articulated parallelogram 5 a pivoting of tool 2 forming the extension of the rod 4 around this same point I located in the aforementioned plane.

Ainsi, le centre d'orientation de l'outil 2 est bien reporté en un point fictif, à savoir le point I précité. Thus, the orientation center of the tool 2 is correctly transferred to a fictitious point, namely the aforementioned point I.

En conséquence, si le support 1 formé par exemple par un chariot se déplace le long d'une courbe correspondant au travail de l'outil sur une pièce et si l'orientation de cet outil doit être modifiée, par exemple du fait du profil de la pièce ou pour une autre raison, l'orientation requise de l'outil 2 se fait donc par pivotement autour du point fictif précité d'action de l'outil sur la pièce, et non pas autour du point de montage à pivotement de cet outil sur le support, ce qui évite notamment toute inversion de mouvement dudit support ou chariot, avec l'influence correspondante sur l'absence de jeux dans la commande du déplacement. Consequently, if the support 1 formed for example by a carriage moves along a curve corresponding to the work of the tool on a workpiece and if the orientation of this tool must be modified, for example due to the profile of the workpiece or for another reason, the required orientation of the tool 2 is therefore made by pivoting around the aforementioned imaginary point of action of the tool on the workpiece, and not around the pivoting mounting point of this tool on the support, which in particular avoids any reversal of movement of said support or carriage, with the corresponding influence on the absence of play in the movement control.

Comme indiqué précédemment, le point I peut être constitué par la pointe de l'outil si celui-ci agit directement sur la pièce, ou bien par le point d'action de l'outil sur cette pièce, qui peut se trouver par exemple à une certaine distance de l'extrémité avant de l'outil. As indicated above, point I can be constituted by the point of the tool if it acts directly on the part, or else by the point of action of the tool on this part, which can be located for example at a certain distance from the front end of the tool.

Dans un tel cas, c'est ce point d'action qui constitue le centre fictif d'orientation autour duquel le pivotement de l'outil se produit.In such a case, it is this action point which constitutes the fictitious center of orientation around which the pivoting of the tool occurs.

Des modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. Modifications can be made to the embodiment described, in the field of technical equivalences, without departing from the invention.

Claims

1.- Device for controlling the orientation of a tool or a similar element with respect to a workpiece, according to which this tool is connected to a support such as a carriage or equivalent support, characterized in that l tool is made angularly integral with a link forming one side of an articulated parallelogram whose link forming the opposite side is connected to the support by an axis movable in rotation, the relative dimensions of these links being such that the tip of the tool, which constitutes a fictitious orientation center, is in a plane passing through this axis of rotation provided on the support, means being also provided for maintaining this articulated parallelogram in a position such that this point of the tool remains in this plane during the rotation of this axis, to which corresponds a change of orientation of the tool.

2.- Device according to claim 1, characterized in that the tool forms the extension of a rod of the articulated parallelogram, the rod of this parallelogram opposite to that carrying this tool being itself extended over a distance equal to the length projecting from said tool for mounting on the support about an axis of rotation.

3.- Device according to claim 1 or 2, characterized in that the means maintaining the parallelogram in the required position relative to the support comprise another link articulated on the support at a point located in the plane passing through the axis of rotation provided on this support and by the tip of the tool, connected to one of the other two sides of the articulated parallelogram, parallel to the link carrying the tool and having a length equal to this tool or to the extension of the link mounted on the 'rotation axis.

4.- Device according to any one of the preceding claims, characterized in that an additional connecting rod connects the media on the other two sides of the parallelogram to improve the rigidity of the control system.