FR2663583A1

FR2663583A1 - Device for automatically orientating a tool

Info

Publication number: FR2663583A1
Application number: FR9007988A
Authority: FR
Inventors: Cazes Roland
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-06-26
Filing date: 1990-06-26
Publication date: 1991-12-27

Abstract

Device intended to control, using a single motor, the orientation of a tool about its active end, the latter remaining fixed in space and the orientation being obtained without having to displace the other mechanical elements supporting the tool by means of the device. Device characterised in that it combines two parallel translations, the first one acting on the orientation of a lever carrying the tool in terms of rotation and holding it parallel to a connecting rod controlled by the said translation, the second performing, on the tool, a displacement parallel to it and exactly compensating for the effect of the rotation in order at the same time to keep the active end of the tool in the position which it occupies in space. Device particularly suited for adjusting and displacing a head for focusing a laser beam, intended to operate on a skewed component.

Description

DISPOSITIF D'ORIENTATION AUTOMATIQUE D'UN OUTIL
La présente invention concerne le domaine de la productique et plus particulièrement celui des robots industriels. Un robot est un mécanisme articulé destiné à réaliser le positionnement et/ou le déplacement d'un outil par rapport à une pièce à travailler Cou inversement). Généralement, l'outil est fixé à l'extrémité d'une articulation du robot, appelée poignet, dont le rôle est de permettre son orientation par rapport à la pièce à travailler selon une, deux ou trois directions.Lorsque l'outil comme c'est généralement le cas, génère son action de façon ponctuelle en son extrémité opposée à sa fixation, c'est ce point extrème que le mécanisme qui le manoeuvre a pour rôle de guider selon la nature du travail à effectuer Pour conserver une orientation déterminée comme c'est presque toujours le cas le robot doit observer non seulement un positionnement et un guidage précis de l'outil mais doit engager également son ensemble, dont les parties en constituant la morphologie sont lourdes, dans des déplacements destinés à compenser les dimensions et l'excentration de l'outil. Ainsi selon la courbure de la trajectoire, les inerties mécaniques du robot peuvent limiter dans leurs accélérations l'efficacité de l'opération.Dans les dispositifs connus, le logiciel de commande tient compte de leur morphologie d'ensemble dans ces déplacements complémentaires compliqués, mais, il devient alors très souvent impossible autrement que par des moyens informatiques sophistiqués et onéreux de programmer d'avance la machine et d'obtenir rapidement le meilleur résultat dans la position optimale de l'outil.AUTOMATIC ORIENTATION DEVICE OF A TOOL
The present invention relates to the field of production and more particularly that of industrial robots. A robot is an articulated mechanism for positioning and / or moving a tool relative to a workpiece (inversely). Generally, the tool is attached to the end of a joint of the robot, called a wrist, whose role is to allow its orientation relative to the workpiece in one, two or three directions.When the tool as c is usually the case, generates its action in a specific way at its opposite end to its fixation, it is this extreme point that the mechanism that maneuver has the role of guiding according to the nature of the work to be done To maintain a specific orientation as it is almost always the case the robot must not only observe a precise positioning and guidance of the tool but must also engage its assembly, whose parts constituting the morphology are heavy, in displacements intended to compensate the dimensions and the eccentricity of the tool. Thus according to the curvature of the trajectory, the mechanical inertia of the robot can limit in their accelerations the efficiency of the operation. In the known devices, the control software takes into account their overall morphology in these complicated complementary movements, but , it then very often becomes impossible otherwise than by sophisticated and expensive computer means to program the machine in advance and quickly obtain the best result in the optimal position of the tool.

Pour obtenir une utilisation simple malgré cette complication il est donc indispensable de disposer de logiciels appropriés supportés par des systèmes informatiques aux performances poussées donc chers Malgré cela la programmation reste un problème si, malgré ces moyens informatiques, on doit observer des orientations précises de l'outil et si ensuite la machine doit fonctionner a des vitesses élevées. To obtain a simple use despite this complication, it is therefore essential to have appropriate software supported by high-performance computer systems so expensive Despite this programming remains a problem if, despite these computer resources, we must observe specific guidelines of the tool and if then the machine should operate at high speeds.

On connait ainsi des robots dont les commandes permettent, sans déplacer l'extrémité de l'outil, d'orienter celui-ci correctement. There are thus known robots whose controls allow, without moving the end of the tool, to orient it correctly.

On peut alors lors de la programmation régler d'abord l'extrémité de l'outil et grâce à un logiciel approprié mettre le reste de la machine en conformité avec l'orientation désirée. Cette mise en conformité déplace les différents bras du robot. La programmation par apprentissage se faisant à basse vitesse et point à point, les problèmes liés aux inerties apparaissent seulement lors du fonctionnement ultérieur et sont de nature à nécessiter une reprise de la programmation. C'est pourquoi on doit avoir recours à des méthodes liées à la conception assistée par ordinateur qui impliquent des moyens important pas toujours disponibles.You can then when programming first adjust the end of the tool and with appropriate software put the rest of the machine in accordance with the desired orientation. This compliance moves the different arms of the robot. Programming by learning is done at low speed and point-to-point, problems related to inertia appear only during later operation and are likely to require a resumption of programming. For this reason, computer-aided design methods must be used that involve significant resources that are not always available.

Sont également connus des dispositifs comportant une rampe circulaire dont le centre correspond à la position de l'extrémité active de l'outil et qui permet au moyen d'un support motorisé de satisfaire l'indépendance de l'orientation avec les autres commandes d'axes. Cependant une telle disposition présente un encombrement qui dans certaines utilisations interdit ou limite l'emploi de cette solution. Also known devices comprising a circular ramp whose center corresponds to the position of the active end of the tool and which allows by means of a motorized support to satisfy the independence of the orientation with the other commands of axes. However, such an arrangement has a size that in some uses prohibits or limits the use of this solution.

L'objet de la présente invention est de supprimer cet ensemble de problèmes. The object of the present invention is to eliminate this set of problems.

Par une conception particulière de l'extrémité supportant l'outil l'orientation de celui-ci ne fait en aucun moment appel aux différents bras et élimine les problèmes d'inertie des sytèmes connus qui se posent au niveau de la programmation et du fonctionnement ultérieur, nécessitant un logiciel mathématiquement très évolué ou, pour les dispositifs à rampe circulaires, élimine les problèmes de leur encombrement. By a particular design of the end supporting the tool, the orientation of the latter does not at any time make use of the different arms and eliminates the problems of inertia of the known systems that arise in terms of programming and subsequent operation , requiring mathematically advanced software or, for circular ramp devices, eliminates the problems of their bulk.

La présente invention a en effet pour objet un mécanisme qui commande l'orientation et la direction d'un outil par rapport à la surface d'une pièce à travailler, en vue d'observer sa perpendicularité par rapport au plan tangent au point d'impact par exemple, de façon indépendante des autres mécanismes, et, ce, contrairement aux dispositifs connus. The present invention indeed relates to a mechanism that controls the orientation and direction of a tool relative to the surface of a workpiece, in order to observe its perpendicularity with respect to the plane tangent to the point of impact, for example, independently of other mechanisms, and this, unlike known devices.

Ainsi, gracie à ce dispositif, il devient possible de régler le point d'impact de l'outil, matérialisé par l'extrémité de cet outil, sur un point courant de la trajectoire, en manoeuvrant ou en programmant d'abord l'ensemble des bras mécanisés, puis sans modifier les positions relatives successives des bras telles que déterminées, de régler ensuite indépendamment, soit par intervention manuelle sur la commande de moteurs associés soit par un dispositif automatique, la direction dudit outil. Thus, thanks to this device, it becomes possible to adjust the point of impact of the tool, materialized by the end of this tool, on a current point of the trajectory, by maneuvering or by programming first all mechanized arms, then without changing the relative relative positions of the arms as determined, then adjust independently, or by manual intervention on the control of associated engines or by an automatic device, the direction of said tool.

Les problèmes de programmation compliquée et les problèmes d'inertie découlant de l'orientation de l'outil sont ainsi éliminés. The problems of complicated programming and the problems of inertia resulting from the orientation of the tool are thus eliminated.

Le présent dispositif est donc particulièrement efficace dans les situations où la (ou les) trajectoire(s) présentent des courbures très fortes et où la vitesse opératoire est élevée. Dans de telles situations les dispositifs connus nécessitent de diminuer la vitesse opératoire et limitent par suite l'efficacité de l'opération et la rentabilité de la machine. C'est le cas des machines à découper au laser des tôles de forme gauche pour les quelles la qualité et la vitesse de la découpe est directement liée à la précision de la position et de la direction de l'outil Dans ces machines il apparaît une complication supplémentaire du fait que le chemin optique engendre, à chaque articulation, un décalage ou offset mécanique qui accroissent les difficultés, déjà existantes dans les dispositifs connus, de programmation et de fonctionnement. The present device is therefore particularly effective in situations where the (or) trajectory (s) have very strong curvatures and where the operating speed is high. In such situations known devices require to reduce the operating speed and therefore limit the efficiency of the operation and the profitability of the machine. This is the case of laser cutting machines of left-hand form sheets for which the quality and the speed of the cut is directly related to the precision of the position and the direction of the tool In these machines it appears a additional complication that the optical path generates, at each articulation, a shift or mechanical offset that increase the difficulties, already existing in known devices, programming and operation.

La présente invention élimine ces problèmes en ce qu'elle permet, par sa conception et son fonctionnement mécaniques au niveau du "poignet" 25 support d'outil, de séparer les mouvements liés à la position du point d'impact (ou extrémité} de l'outil et ceux liés à son orientation par rapport à la pièce en fonction du procédé utilisé. The present invention eliminates these problems by allowing, by its mechanical design and operation at the "wrist" 25 tool support, to separate movements related to the position of the point of impact (or end) of the tool and those related to its orientation relative to the part according to the method used.

Elle se caractérise en ce que outil, torche de soudage ou tête de focalisation de faisceau laser, de longueur donnée est fixé sur un pivot pouvant tourner dans un plan autour de son axe, celui ci étant lui-même disposé à l'extrémité d'un bras muni également à son extrémité opposée d'un second pivot, d'axe parallèle au premier, second pivot fixé à l'extrémité d'un support cylindrique pouvant glisser et tourner dans un fourreau, autour de son axe, le glissement axial relatif du support et du fourreau entrainant par un jeu de deux biellettes articulées, disposées l'une, à fixation, à l'extrémité et dans le prolongement exact du bras susdit, l'autre prenant appui rotatif sur le fourreau, l'ensemble étant ainsi déterminé pour former deux triangles semblables opposés par le sommet, tels que l'extrémité de outil, l'axe du second pivot et l'axe d'appui de la seconde biellette sur le fourreau sont toujours alignés et le restant d'autre part, les proportions des différents leviers, formant côtés des trianbles, étant telles que l'outil et la seconde biellette restent parallèles, grâce à une liaison entre des roues dentées liées aux deux pivots maintenant l'égalité des angles formes entre les deux biellettes d'une part et entre le bras et l'axe de l'outil d'autre part. It is characterized in that the tool, welding torch or laser beam focusing head, of given length is fixed on a pivot rotatable in a plane about its axis, the latter being itself disposed at the end of the axis. an arm also provided at its opposite end with a second pivot, with an axis parallel to the first, second pivot fixed to the end of a cylindrical support that can slide and rotate in a sleeve, about its axis, the relative axial sliding the support and the sheath driving by a set of two articulated rods, arranged one, fixing, at the end and in the exact extension of said arm, the other rotating support on the sheath, the assembly being thus determined to form two similar triangles opposed by the top, such that the tool end, the axis of the second pivot and the bearing axis of the second link on the sheath are always aligned and the remainder on the other hand, the proportions of various levers, forming sides of the trianbles, being such that the tool and the second connecting rod remain parallel, thanks to a connection between toothed wheels connected to the two pins maintaining the equality of the angles formed between the two links on the one hand and between the arm and the axis of the tool on the other hand.

Ainsi, lorsqu'on imprime un glissement relatif entre le support cylindrique et le fourreau, la biellette et l'outil restant parallèle, on commande par ce moyen l'inclinaison de l'axe de l'outil par rapport à l'axe de rotation du support cylindrique dans le fourreau et de plus, but recherché, l'extrémité du dit outil reste, dans ce mouvement sur le dit axe. Thus, when a relative slip is imparted between the cylindrical support and the sheath, the rod and the tool remaining parallel, the inclination of the axis of the tool relative to the axis of rotation is thereby controlled by this means. of the cylindrical support in the sheath and moreover, the object sought, the end of said tool remains, in this movement on the said axis.

Dans le glissement relatif support cylindrique-fourreau commandé par un moteur, le système est tel qu'il imprime au fourreau une translation parallèle au glissement et d'une valeur telle que l'extrémité de l'outil reste au même point sur l'axe du support. On a commandé ainsi par un moteur unique l'inclinaison de l'outil par rapport à l'axe du support. In the relative sliding cylindrical support-sheath controlled by a motor, the system is such that it prints in the sheath a translation parallel to the sliding and a value such that the end of the tool remains at the same point on the axis of the support. Thus controlled by a single motor the inclination of the tool relative to the axis of the support.

Sachant, comme déjà dit que le support peut tourner autour de son axe de coulissement sur lequel se trouve l'extrémité de l'outil, et ce grâce à un second moteur, le système peut ainsi de façon indépendante et grâce à la commande séparée de deux moteurs régler l'inclinaison d'une part et l'orientation d'autre part de l'outil sans modifier la position dans l'espace et par rapport à la pièce à travailler de son extrémite, sans entrainer de mouvements auxiliaires des bras supports de ce poignet support d'outil, objet de l'invention, et sans nécessiter la mise en oeuvre de logiciels compliqués. Un tel dispositif permet de faire fonctionner toute sorte d'outils et en particulier des têtes de focalisation de faisceaux laser sans avoir à tenir compte des offset des articulations dans la conception des logiciels de gestion des déplacements.En fonctionnement les axes étant réglés indépendamment et n'ayant pas à tenir compte des écarts dAs aux dispositifs classiques, les conditions de travail optimales sont directement et rapidement obtenues.Knowing, as already said that the support can rotate around its axis of sliding on which is the end of the tool, and thanks to a second motor, the system can thus independently and through the separate command of two motors adjust the inclination on the one hand and the orientation on the other hand of the tool without modifying the position in the space and with respect to the workpiece of its extremity, without causing auxiliary movements of the support arms of this wrist tool support, object of the invention, and without requiring the implementation of complicated software. Such a device makes it possible to operate all kinds of tools and in particular laser beam focusing heads without having to take into account the offset of the joints in the design of the software for managing displacements. In operation, the axes being adjusted independently and Since they do not have to take into account deviations from conventional devices, the optimal working conditions are directly and quickly obtained.

On peut également utiliser l'invention pour trouver automatiquement sur un point situe sur une surface gauche la perpendiculaire en ce point au plan tangent à la dite-surface. En effet les codeurs liés à l'inelinaison et à la direction donnent directement, après réglage manuel ou de préférence automatique grâce à des systèmes de visee, les valeurs des angles correspondants à la direction, par rapport à un reerentiel, de la dite perpendiculaire. The invention can also be used to automatically find on a point on a left surface the perpendicular at this point to the plane tangent to said surface. Indeed the coders related to the inelinaison and the direction give directly, after manual adjustment or preferably automatically through systems aiming, the values of the angles corresponding to the direction, with respect to a reerential, of the said perpendicular.

Pour mieux comprendre le fonctionnement d'un système conforme à l'invention, on se reportera aux dessins accompagnant la description qui suit. Bien entendu, les dispositions décrites ne sont nullement une limitation à la portée de l'invention. To better understand the operation of a system according to the invention, reference will be made to the drawings accompanying the description which follows. Of course, the arrangements described are not a limitation to the scope of the invention.

La figure 1 représente schématiquement une machine classique travaillant avec un faisceau laser. Figure 1 shows schematically a conventional machine working with a laser beam.

La figure 2 met en évidence le décalage imprime dans la machine classique précédente dt au faisceau laser. Figure 2 highlights the offset printed in the previous conventional machine dt laser beam.

Les figures SA et 3B donnent l'exemple d'une autre disposition connue. Figures SA and 3B give the example of another known arrangement.

Les figures 4A, 4B et 4C montrent sous forme de schemas théoriques l'essentiel de l'invention. Figures 4A, 4B and 4C show in the form of theoretical schemas the essence of the invention.

La figure 5 montre une réalisation non limitative d'un dispositif conforme à l'invention. Figure 5 shows a non-limiting embodiment of a device according to the invention.

La figure 6 montre le parcours d'un rayon laser associé au système de l'invention. Figure 6 shows the path of a laser beam associated with the system of the invention.

Les figures 7A et 7B montrent comment on peut régler la position des bras pivotants selon l'invention et comment peut fonctionner un dispositif automatique pour ce faire. Figures 7A and 7B show how to adjust the position of the pivot arms according to the invention and how can operate an automatic device to do this.

La figure 8 montre à titre d'exemple un autre système optique associé au dispositif de l'invention permettant son réglage automatique pendant la programmation ou le travail de la machine. FIG. 8 shows, by way of example, another optical system associated with the device of the invention allowing its automatic adjustment during the programming or working of the machine.

La figure s représente une application particulière de l'invention au soudage à l'are. Figure s shows a particular application of the invention to welding at are.

On va reprendre ci-après la déscription de chaque figure. We will resume below the description of each figure.

La figure 1 représente très schématiquement une machine à travailler par laser à 5 axes ne comportant pas l'invention et mettant en évidence les défauts qu'elle pallie. Sur le bati (1) représenté symboliquement et support d'ensemble est fixé un guidage (2) sur le quel se déplace un chariot (3) pour former l'axe "X"(4) de la machine. Sur le même bati est fixé un support (5) perpendiculaire et au dessus de (2) sur lequel se déplace le chariot (6) pour former l'axe "Y"(7). Sur le chariot (6) se déplace verticalement le bras (8) formant l'axe "Z . A l'extrémité de (8) un palier permet à la chape (11) de tourner selon un axe vertical. La chape (11) supporte le pivot (12) qui selon la rotation (13) permet d'orienter l'outil (14).La machine reçoit dans le cas particulier un faisceau laser horizontal devié à 900 par le miroir (15) qui traverse ensuite le palier creux (10) > est à nouveau dévié à 90 par le miroir (16) fixe sur ( selon une direction confondue avec la rotation (13). Le faisceau est à nouveau dévié par un miroir (17) non représenté mais attenant à (12) pour être focalisé dans (14) et déterminer un point de focalisation ou point de travail (18). On voit que lorsque l'on veut changer l'orientation de (14) sans changer la position de (18) > on est obligé de bouger les axes X, Y et Z. FIG. 1 very schematically represents a 5-axis laser working machine not comprising the invention and highlighting the defects it overcomes. On the frame (1) shown symbolically and overall support is fixed a guide (2) on which moves a carriage (3) to form the axis "X" (4) of the machine. On the same frame is fixed a support (5) perpendicular and above (2) on which moves the carriage (6) to form the axis "Y" (7). On the carriage (6) moves vertically the arm (8) forming the axis "Z. At the end of (8) a bearing allows the yoke (11) to rotate along a vertical axis. supports the pivot (12) which according to the rotation (13) allows to orient the tool (14) .The machine receives in the particular case a horizontal laser beam deviated to 900 by the mirror (15) which then passes through the hollow bearing (10)> is again deflected to 90 by the mirror (16) fixed on (in a direction coinciding with the rotation (13) .The beam is again deflected by a mirror (17) not shown but adjacent to (12) to be focused in (14) and to determine a focal point or working point (18) We see that when we want to change the orientation of (14) without changing the position of (18)> we have to move the X, Y and Z axes.

La figure 2 montre schématiquement le parcours de l'axe du faisceau laser de la machine de la figure 1, par rapport à un référentiel (19). Le parcours se compose d'un trajet vertical (20) puis d'un décalage ou offset (21), permettant d'amener le faisceau en (22) assurant la rotation (23). FIG. 2 schematically shows the path of the axis of the laser beam of the machine of FIG. 1, with respect to a reference frame (19). The path consists of a vertical path (20) and then an offset or offset (21), to bring the beam (22) ensuring the rotation (23).

On voit que si l'on veut changer la direction de (22) sans changer son arrivée en O il faut bouger l'axe (20) et la rotation (23).We see that if we want to change the direction of (22) without changing its arrival in O we must move the axis (20) and the rotation (23).

La figure 3A représente une variante de la tête de la machine précédente dans laquelle la rotation de l'outil est telle que son axe rencontre celui de la rotation de l'axe Z qui est également, lorsque c'est le cas, l'axe du faisceau laser. Il n'y a donc pas d'offset latéral. FIG. 3A represents a variant of the head of the preceding machine in which the rotation of the tool is such that its axis meets that of the rotation of the Z axis which is also, when it is the case, the axis of the laser beam. There is therefore no lateral offset.

L'ensemble pivote autour de (24) dont l'axe coïncide avec celui du laser (20) entraînant la chape (25). Par le jeu des miroirs (26) et (27) on ramène le faisceau laser de telle sorte que son axe rencontre l'axe d'arrivée (20) quelle que soit l'orientation (28).The assembly pivots around (24) whose axis coincides with that of the laser (20) driving the yoke (25). By the play of the mirrors (26) and (27) the laser beam is brought back so that its axis meets the arrival axis (20) whatever the orientation (28).

Dans ce cas il n'y a pas d'offset latéral comme le montre la figure 3B. In this case there is no lateral offset as shown in Figure 3B.

On peut voir en effet que le parcours (30) ramène l'axe de (22) à rencontrer en (29} l'axe (20) quelle que soit (28). It can indeed be seen that the path (30) brings the axis of (22) to meet at (29) the axis (20) whatever (28).

La figure 4 donne le principe de base de la présente invention. Figure 4 gives the basic principle of the present invention.

La figure 4A montre schématiquement l'outil (31) dont l'extrémité utile (39) coïncide avec l'intersection de l'axe (20) et du plan (40). Elle montre également le levier (32) a,b dénommé second levier, articulé sur (31) et pivotant en (35) à l'extrémité du support (36). L'extrémité haute de (32) est liée par un pivot parallèle au premier à la biellette (33) qui prend appui en (37) sur le fourreau (38). Les points (39), (35) et (37) sont alignés. Le pivot (35) détermine sur le levier (32) une partie a et une partie b dont le rapport k=a/b est constant et fixé par construction. FIG. 4A schematically shows the tool (31) whose useful end (39) coincides with the intersection of the axis (20) and the plane (40). It also shows the lever (32) a, b called second lever articulated on (31) and pivoted at (35) to the end of the support (36). The upper end of (32) is connected by a pivot parallel to the first to the rod (33) which bears in (37) on the sleeve (38). The points (39), (35) and (37) are aligned. The pivot (35) determines on the lever (32) a part a and a part b whose ratio k = a / b is constant and fixed by construction.

L'ensemble est tel que l'alignement impose que la longueur de la biellette (33) et celle du bras (31) soient dans le rapport k. Les angles α (34) sont maintenus égaux par une liaison en rotation de rapport 1 des leviers (33) et (31) sur les pivots du levier (32) de sorte que (31) est toujours parallèle à (33). Dans la position de la figure, H1 donne la cote de (35),
HZ la distance entre (35) et (37) et H3 la somme H1+H2.The assembly is such that the alignment requires that the length of the rod (33) and that of the arm (31) are in the ratio k. The angles α (34) are maintained equal by a rotational connection of ratio 1 of the levers (33) and (31) on the pivots of the lever (32) so that (31) is always parallel to (33). In the position of the figure, H1 gives the rating of (35),
HZ the distance between (35) and (37) and H3 the sum H1 + H2.

La figure 43 montre le dispositif dans une position obtenue par déplacement de (38) sur une distance de d par rapport à (36). Compte tenu de la liaison en égalité de rotation de (31) et de (33) et du rapport k des leviers, il est facile de voir que (39) s'est déplacé de D(42) par rapport à (4Q). "d" et "D" sont dans le rapport de k et les points (37), (35) et (39) sont restes alignés,
La figure 4C montre que si dans la situation précédente on élève (38) de la distance "D" par rapport à (40), l'extrémité (39) revient sur (40).Fig. 43 shows the device in a position obtained by moving (38) a distance of d with respect to (36). Given the equal-rotation connection of (31) and (33) and the ratio k of the levers, it is easy to see that (39) has moved D (42) with respect to (4Q). "d" and "D" are in the ratio of k and points (37), (35) and (39) remain aligned,
FIG. 4C shows that if in the preceding situation the distance "D" is raised (38) with respect to (40), the end (39) returns to (40).

On a ainsi réalisé la modification de # (ou de la direction de (31)) en déplaçant simultanément et dans un rapport donne k les supports (36) et (36). Thus, the modification of # (or the direction of (31)) has been achieved by simultaneously moving in a given ratio k the supports (36) and (36).

L'invention réside dans le fait que les déplacements relatifs mis en évidence dans l'explication précédente sont réalises, grâce à une liaison particulière des éléments mobiles (36) et (38 par un moteur unique et que l'extrémité de l'outil (54) ne quitte pas sa position dans l'espace tandis que l'action du-dit moteur a provoqué le changement d'orientation de l'outil sans changer la position du support d'ensemble. The invention resides in the fact that the relative displacements highlighted in the preceding explanation are realized, thanks to a particular connection of the movable elements (36) and (38 by a single motor and that the end of the tool ( 54) does not leave its position in the space while the action of said engine has caused the change of orientation of the tool without changing the position of the overall support.

La figure 5 est un exemple de dispositif conforme à l'invention, mais non limitatif. La description est donnée ci-après. Figure 5 is an example of a device according to the invention, but not limiting. The description is given below.

La pièce (44} de forme tubulaire ou simplement cylindrique peut coulisser et pivoter autour de son axe A dans un fourreau (45). The piece (44) of tubular or simply cylindrical shape can slide and pivot about its axis A in a sleeve (45).

L'extrémité de (44) est pourvue d'un pivot (46) autour duquel peut osciller le levier (47). Ce levier comporte un prolongement (48) qui reçoit en son extrémité une biellette (49) dont l'autre extrémité est fixée à rotation en (50) sur une embase annulaire pouvant tourner en coulissant sans jeu dans la gorge (51) du fourreau (45). L'ensemble supporté par la pièce tubulaire (44) peut ainsi tourner autour de l'axe A sans affecter la position axiale de (50) fixée par la gorge (51). The end of (44) is provided with a pivot (46) around which can swing the lever (47). This lever comprises an extension (48) which receives at its end a rod (49) whose other end is rotatably fixed at (50) on an annular base that can slide without play in the groove (51) of the sleeve ( 45). The assembly supported by the tubular piece (44) can thus rotate about the axis A without affecting the axial position of (50) fixed by the groove (51).

A l'extrémité opposée de (47) et parallèlement au pivot (46) peut tourner autour du pivot (52) le bloc (53) sur le quel est fixé l'outil (54) dont l'extrémité active est au point (55). La roue (56) solidaire de (49) peut tourner autour de l'axe centré sur elle et liant (48) et (49). At the opposite end of (47) and parallel to the pivot (46) can rotate around the pivot (52) the block (53) on which is fixed the tool (54) whose active end is at the point (55). ). The wheel (56) integral with (49) is rotatable about the axis centered on it and binding (48) and (49).

La roue (57) solidaire du bloc (53) peut tourner autour du pivot (52) centré sur elle. Les deux roues (56) et (57) sont crénelées et de diamètres égaux. Elles sont reliées par une courroi (56) appropriée ou par tout autre moyen produisant un effet identique de maintenir parallèles dans leurs rotations respectives la biellette (49) et l'axe de l'outil (54) en permanence. Ainsi toute modification de la distance (46) à (50) modifie la distance de (46) à (55) et puisque (50) ne peut se déplacer lineairement que parallèlement à l'axe A, la confifuration de l'ensemble articulé précédemment décrit formant deux triangles semblables opposés par le sommet, le point (55) se déplace aussi le long de l'axe A.The wheel (57) secured to the block (53) can rotate about the pivot (52) centered on it. The two wheels (56) and (57) are castellated and of equal diameters. They are connected by a belt (56) appropriate or by any other means producing an identical effect of maintaining parallel in their respective rotations the link (49) and the axis of the tool (54) permanently. Thus any modification of the distance (46) to (50) modifies the distance from (46) to (55) and since (50) can move linearly only parallel to the axis A, the confection of the previously articulated assembly described forming two similar triangles opposed by the vertex, the point (55) also moves along the axis A.

La piéce tubulaire (44) tourne autour de son axe A grâce au palier (59). La rotation est réalisée par la roue et vis tangente (60) entraînées par le moteur (61) fixé sur le support (62). Ainsi l'outil (54) tourne par action du moteur (61) autour de l'axe A sans que le point (55) ne quitte sa position sur cet axe. The tubular piece (44) rotates about its axis A through the bearing (59). The rotation is achieved by the wheel and tangent screw (60) driven by the motor (61) fixed on the support (62). Thus the tool (54) rotates by action of the motor (61) around the axis A without the point (55) leaves its position on this axis.

On va maintenant expliquer comment est réalisée la commande d'orientation par rapport à l'axe A de l'outil (54) sans que le point (55) ne quitte l'intersection de l'axe A avec le plan (40). We will now explain how the orientation control is carried out with respect to the axis A of the tool (54) without the point (55) leaving the intersection of the axis A with the plane (40).

Le fourreau (45) coulisse parallèlement à l'axe A sur la pièce (63) par la glissière sommairement représentée (64). Le fourreau supporte la crémaillère (65) sur laquelle agit le pignon (66) fixé solidairement sur l'axe (67) porte par la palier (67') et commandé à rotation par le moteur (66). Dans la disposition décrite, La pièce (63) comporte pour permettre le passage de l'axe (67) une lumière (69). La pièce (63) coulisse à son tour à l'extrémité du bras (70) par la glissière de guidage (71). Le support (62) de la commande de rotation de (44) est fixé sur (63). Le moteur (68) est dans la disposition représentée fixé également sur la 10 pièce (63) par le support (68').Sur (70) est fixée en position adéquate la crémaillère (72) sur laquelle s'engrène la roue dentée (73) solidaire de l'axe (67). Les pignons dentés (66) et (73) sont donc solidaires en rotation et il existe entre le diamètre primitif de (66) et celui de (73) le même rapport qu'entre la biellette (49) et la longueur de l'outil (54), c'est à dire k. Ainsi, toute rotation t commandée par le moteur (68) entraine une translation déterminée de (45) sur (63) et une translation k fois plus grande de (63) par rapport à (70). Par rapport à (40) et à (70) les deux translations s ajoutent et l'extrémité de (54) reste à l'intersection de A avec (40) alors que l'angle entre A et l'axe de (54) a été modifié. Autrement dit, toute rotation f entraine une rotation de l'axe de (54) sans que (70) ne bouge par rapport à (40) et sans que le point (55) ne quitte sa position sur A et sur (40). D'autre part, quelle que soit l'orientation de (54) sa rotation P sera commandée indépendamment et dans les mêmes conditions par le moteur (61). The sheath (45) slides parallel to the axis A on the piece (63) by the summarily represented slide (64). The sleeve supports the rack (65) on which acts the pinion (66) fixed integrally on the axis (67) carried by the bearing (67 ') and rotated by the motor (66). In the arrangement described, the piece (63) comprises to allow the passage of the axis (67) a light (69). The piece (63) slides in turn at the end of the arm (70) by the guide rail (71). The support (62) of the rotation control of (44) is fixed at (63). The motor (68) is in the arrangement shown also secured to the workpiece (63) by the carrier (68 '). On (70) the rack (72) on which the toothed gear ( 73) integral with the axis (67). The toothed gears (66) and (73) are thus integral in rotation and there exists between the pitch diameter of (66) and that of (73) the same ratio as between the link (49) and the length of the tool (54), ie k. Thus, any rotation t controlled by the motor (68) causes a determined translation of (45) on (63) and a k times greater translation of (63) relative to (70). With respect to (40) and (70) the two translations are added and the end of (54) remains at the intersection of A with (40) while the angle between A and the axis of (54) was modified. In other words, any rotation f causes a rotation of the axis of (54) without (70) moving relative to (40) and without the point (55) leaves its position on A and on (40). On the other hand, regardless of the orientation of (54) its rotation P will be controlled independently and under the same conditions by the motor (61).

La disposition décrite est donnée ici comme exemple non limitatif d'un dispositif conforme à l'invention. En particulier, la disposition des glissières (64) et (71) peut être différente pour obtenir en pratique une meilleure gualite de fonctionnement. De plus, le moteur (68) serait mieux disposé si au lieu de commander directement l'axe (67) il le faisait par une système. bielle-manivelle permettant un meilleur contrôle de la position extrème haute de (63). Le moteur pourra aussi et avantageusement être fixé sur l'axe (49) pour commander directement l'orientation de (54) et assurer un meilleur passage du système au point d'alignement.On pourra préférer commander les translations par un système bielle-manivelle entrainé par (68) sur ( et disposer sur l'axe (49) un petit moteur couple qui assurera le passage du mécanisme ou son arrêt à la position d'alignement
La figure 6 donne le chemin optique d'un faisceau laser lié au dispositif décrit précédemment pour montrer que grâce à deux offset on peut utiliser les avantages de l'invention pour travailler une pièce gauche au laser en commandant indépendamment de la position du point de focalisation l'orientation et la direction de la tête de focalisation.Le faisceau arrive en (72) est dévié à 90 par (73) en (74) et par les deux couples de miroirs (75)/(76) et (77)/(76) qui éliminent l'offset entre (74) et (79), axe de sortie du faisceau focalisé par l'optique (80) en (55).The arrangement described is given here as a non-limiting example of a device according to the invention. In particular, the arrangement of the slides (64) and (71) may be different to obtain in practice a better operating reliability. In addition, the motor (68) would be better arranged if instead of directly controlling the shaft (67) it did so by a system. crank-rod allowing a better control of the extreme high position of (63). The motor can also and advantageously be fixed on the axis (49) to directly control the orientation of (54) and ensure a better passage of the system to the alignment point. We may prefer to control the translations by a crank-crank system driven by (68) on (and having on the axis (49) a small torque motor which will ensure the passage of the mechanism or its stop at the alignment position
FIG. 6 gives the optical path of a laser beam linked to the device described above to show that, thanks to two offset, it is possible to use the advantages of the invention for working a left-hand part with the laser by independently controlling the position of the focusing point the direction and direction of the focusing head.The beam arrives at (72) is deflected at 90 by (73) at (74) and by the two pairs of mirrors (75) / (76) and (77) / (76) which eliminate the offset between (74) and (79), output axis of the beam focused by the optics (80) at (55).

La figure 7A permet de voir comment on peut utiliser l'invention. En (44) après extraction du miroir (75) emerge le laser d'alignement HeNe qui donne sur la pièce (81) un impact 0, que l'on peut sans s'occuper de l'outil régler sur la trajectoire à suivre (82). Par un autre laser (84) fixé sur (53) et le capteur (83) > caméra CCD, on pourra régler la coincidence de l'extrémité de l'outil avec le point d'impact 0. Figure 7A shows how the invention can be used. In (44) after extraction of the mirror (75) emerges the alignment laser HeNe which gives the piece (81) an impact 0, which can be done without worrying about the tool set on the path to follow ( 82). By another laser (84) fixed on (53) and the sensor (83)> CCD camera, it will be possible to adjust the coincidence of the end of the tool with the point of impact 0.

La figure 7B donne un autre exemple d'emploi et de réglage d'un outil supporté par un système conforme à l'invention. Si le laser (84) fournit un faisceau structuré en cercle, exemple non limitatif de structure, lorsque la direction n'est pas perpendiculaire au plan de la pièce à travailler, la camera va observer une ellipse (85). On pourra alors commander automatiquement une rotation faisant coincider le grand axe de l'ellipse (86) avec le plan d'orientation (87) puis par commande de l'orientation de (53) ramener l'ellipse à une forme circulaire (88) qui fournit le contrôle de perpendicularité axe de l'outil/surface de pièce. FIG. 7B gives another example of use and adjustment of a tool supported by a system according to the invention. If the laser (84) provides a structured beam in a circle, non-limiting example of structure, when the direction is not perpendicular to the plane of the workpiece, the camera will observe an ellipse (85). It will then be possible to automatically control a rotation which coincides the major axis of the ellipse (86) with the plane of orientation (87) and then by controlling the orientation of (53) returning the ellipse to a circular shape (88) which provides perpendicularity control of tool axis / workpiece surface.

La figure 8 donne une autre possibilité du système par la mise en oeuvre sur (53) d'un dispositif de visée électronique (89) formant sur (90) la figure (91) par rapport à la trajectoire (92). Figure 8 gives another possibility of the system by the implementation on (53) of an electronic sighting device (89) forming on (90) Figure (91) with respect to the trajectory (92).

La figure 9 donne un exemple de l'utilisation de l'invention dans le cas d'un soudage à l'arc. Le support (93) reçoit le sytème coulissant (94) conforme à l'invention. On retrouve le support coulissant (95) le levier (96) l'anneau tournant (98) la biellette (97) et le bloc porte outil (99) restant parallèle à (97). On peut ainsi commander l'orientation de la torche (100) de l'arrivée de fil (101) pour suivre le profil de la pièce à souder (102) malgré la pièce gênante (103). Figure 9 gives an example of the use of the invention in the case of arc welding. The support (93) receives the sliding system (94) according to the invention. We find the sliding support (95) the lever (96) the rotating ring (98) the rod (97) and the tool block (99) remaining parallel to (97). It is thus possible to control the orientation of the torch (100) of the wire feed (101) to follow the profile of the workpiece (102) despite the annoying part (103).

Ainsi, et tout particulièrement dans le cas d'un robot de morphologie cartésienne à trois axes linéaires, où l'extrémité de l'axe Z est fixée par rapport à un référentiel orthonormé, directement et indépendament par chacun des moteurs d'axes, la direction et l'orientation de l'outil sont grâce à l'invention réglables indépendamment. Thus, and particularly in the case of a cartesian morphology robot with three linear axes, where the end of the Z axis is fixed relative to an orthonormal frame, directly and independently by each of the axis motors, the direction and orientation of the tool are independently adjustable thanks to the invention.

Ainsi tout mécanisme cartésien comportant un dispositif conforme à l'invention ne nécéssite nullement de logiciel comportant des moyens mathématiques basés sur des étapes successives d'inversion de matrices représentant chacune un bras ou un axe du mécanisme. Cela permet de gagner en temps de traitement lors d'un suivi de trajectoire en temps réel. Thus any Cartesian mechanism comprising a device according to the invention does not require any software comprising mathematical means based on successive stages of inversion of matrices each representing an arm or an axis of the mechanism. This saves processing time when tracking real-time trajectory.

Claims

CLAIMS S

1 / Device for controlling the direction of a tool (54), of given length between its fixing on its support (53) itself pivoting at the end of a lever arm (47) and its active end ( 55), materialized or not and intended to perform on a workpiece a task according to one or more traieetoires, determining ditedirection with respect to them in all common points, characterized in that a single motor (68) engenders on three linked sliding supports between them (44, 45, 70) a first and a second parallel translation,

the first translation is exerted between the first and the second support and modifying the distance between a first (48) and a second pivot (50) respectively fixed on the said supports and axes parallel to each other and perpendicular to the translation, first and second pivots on which the lever arm (47) and a link (49) hinged together can rotate;

the link (49) and the direction of the tool (54) being held parallel by any means linking the rod (49) and the support (53),

the dimensions of the link (49), the lever (47), the length of the tool (54) and the distances between the pivots and the articulation being such that the active end of the tool (55) is aligned with the pivots (46) and (50)> the first translation thus generating on the active end (55) of the tool a parallel translation with it,

the second parallel translation exerted between the first (44) and the third support (70) is in the same direction and equal to the displacement of the active end of the tool (55).

2 / Apparatus according to claim 1 and characterized in that the first support (44) can rotate by a motor (61) about an axis parallel to the translation and passing through the active end of the tool.

3 / Apparatus according to claims 1 and 2 and the third support is constituted by the arm of an articulated or sliding mechanism such as a robot.

4 / Apparatus according to claims 1, 2> and 3 and characterized in that the support (44), the lever (47), the support (53) are hollow and are equipped with mirrors so as to transmit to the tool a laser beam.

5 / Apparatus according to claim 6 and characterized in that the tool is a head focusing or structuring the laser beam.

6 / Apparatus according to claim 5 and characterized in that it comprises a sensor for analyzing the reflection of the laser beam on the workpiece.

7 / Apparatus according to claims 1 and 2 and characterized in that the motions of the motors are controlled by encoders giving directly the values of the angles of the direction of the tool.

8 / Apparatus according to claim 1 and characterized in that the motor (68) directly or indirectly controls the translations of the supports and that the rotation of the lever (47) is provided by an auxiliary torque motor.

9 / Apparatus according to claim 1 and characterized in that the length of the rod (49) is adjustable depending on the length of the tool (54).