FR3029305A1 - Procede de controle de la trajectoire suivie par un outil porte par un robot - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de contrôle de la trajectoire suivie par un outil (14) porté par un robot à la surface d'un ensemble (10) d'au moins deux pièces (11, 12), ledit ensemble (10) comprenant au moins une ligne (13) spécifique le long de laquelle ou de l'une desquelles on cherche à déplacer un outil. Selon l'invention, on réalise les étapes suivantes : a) générer une trajectoire à la surface dudit ensemble, ladite trajectoire étant superposée avec ladite ou une des lignes spécifiques dudit ensemble, b) déplacer ledit outil (14) le long de ladite trajectoire, c) détecter en temps réel la position d'au moins une partie de ladite ligne (13) spécifique placée en amont du déplacement dudit outil (14) au moyen d'au moins un dispositif optique ou d'au moins un détecteur infrarouge thermique, et déterminer la position dudit outil (14) par rapport à ladite au moins une partie de la ligne (13) spécifique en prenant en compte la trajectoire dudit outil (14), d) ajuster la trajectoire dudit outil (14) lorsqu'une déviation dudit outil (14) par rapport à ladite ligne (13) spécifique est ainsi déterminée, de manière que ledit outil (14) suive ladite ligne (13) spécifique.
Description
Procédé de contrôle de la trajectoire suivie par un outil porté par un robot ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de contrôle de la trajectoire suivie par un outil porté par un robot, à la surface d'un ensemble d'au moins deux pièces. Elle concerne encore un système pour la mise en oeuvre de ce procédé de contrôle. Arrière-plan technologique Certaines opérations telles que l'usinage ou encore le soudage requièrent de déplacer un outil sur une trajectoire bien définie à la surface d'une pièce ou d'un ensemble de pièces. La trajectoire suivie par l'outil est, à titre illustratif, une ligne de jonction entre deux pièces accolées ou une ligne de contour d'une pièce. Pour faciliter ces opérations, cet outil est typiquement porté par un robot qui est programmé pour déplacer celui-ci selon une trajectoire théorique particulière. Toutefois, la programmation d'un tel robot s'avère complexe en raison des formes irrégulières que peuvent présenter les pièces et des variations de dimensions dans un même lot de pièces supposées identiques.
Des erreurs dans le positionnement de la tête peuvent également être introduites non seulement par le robot lui-même, mais également par le dispositif de positionnement et de bridage des pièces à travailler. On constate ainsi des écarts entre la trajectoire théorique que doit suivre un outil et la trajectoire réelle suivie par ce dernier.
Or, il est connu par exemple que le soudage le long du plan de joint de deux tôles métalliques mises bord à bord, requiert une précision élevée sous peine d'obtenir des soudures de mauvaise qualité.
Dans certains cas, il a été proposé de mettre en oeuvre un suivi en ligne sur un profil de référence. La trajectoire à suivre par l'outil est ainsi asservie par le respect d'une distance déterminée par rapport à un profil guide. Toutefois, là encore, tout écart entre le profil guide et la ligne réelle à suivre conduit à un décentrage de l'outil et à la réalisation d'une opération de moindre qualité. Bien entendu, la position de la ligne réelle à suivre ainsi que l'orientation des pièces par rapport à la trajectoire théorique que l'outil doit suivre peuvent être vérifiées manuellement.
Ces vérifications suppriment cependant la majeure partie des avantages apportées par l'automatisation. En outre, les incertitudes introduites, et le manque de reproductibilité des opérations réalisées, par les robots porteurs d'outils sur des déplacements dépassant de faibles distances, sont suffisantes pour rendre les opérations ainsi réalisées incompatibles avec les exigences normalement requises par exemple en soudage de tôles. Il serait donc intéressant de pouvoir contrôler précisément la trajectoire suivie par un outil porté par un robot, à la surface d'une pièce, par exemple lors de l'usinage de cette pièce ou encore à la surface d'un ensemble d'au moins deux pièces, par exemple lors du déplacement de cet outil le long d'une ligne de jonction entre deux pièces. La présente invention vise à pallier les divers inconvénients ci-dessus exposés en proposant un procédé et un ensemble de contrôle de la trajectoire suivie par un outil porté par un robot à la surface d'un ensemble d'au moins deux pièces, particulièrement simples dans leur conception et dans leur mode opératoire, fiables et économiques, intégrables dans une séquence d'opérations automatisées et garantissant la qualité de l'opération effectuée par l'outil sur cette surface. Un autre objet de la présente invention est un tel procédé et un tel système autorisant un contrôle de la trajectoire suivie par un outil même lorsque la ligne réelle à suivre est peu visible.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION A cet effet, l'invention concerne un procédé de contrôle de la trajectoire suivie par un outil porté par un robot à la surface d'un ensemble d'au moins deux pièces, ledit ensemble comprenant au moins une ligne spécifique le long de laquelle ou de l'une desquelles on cherche à déplacer un outil. Selon l'invention, on réalise les étapes suivantes : a) générer une trajectoire à la surface dudit ensemble, ladite trajectoire étant superposée avec ladite ou une des lignes spécifiques dudit ensemble, b) déplacer ledit outil le long de ladite trajectoire, c) détecter en temps réel la position d'au moins une partie de ladite ligne spécifique placée en amont du déplacement dudit outil au moyen d'au moins un dispositif optique ou d'au moins un détecteur infrarouge thermique, et déterminer la position dudit outil par rapport à ladite au moins une partie de la ligne spécifique en prenant en compte la trajectoire dudit outil, d) ajuster la trajectoire dudit outil lorsqu'une déviation dudit outil par rapport à ladite ligne spécifique est ainsi déterminée, de manière que ledit outil suive ladite ligne spécifique. Lesdites au moins deux pièces de l'ensemble peuvent être superposées au moins en partie ou juxtaposées ou encore présenter un angle l'une par rapport à l'autre tel qu'un angle de 900 . Le procédé de l'invention propose ainsi deux manières de détecter les positions respectives d'au moins une partie dudit outil, cette partie de l'outil étant en contact avec la surface de l'ensemble, et d'au moins une partie de cette ligne spécifique placée en amont de l'outil : 1/ lorsque la ligne spécifique est visible, on détermine la position de cette ligne en disposant un dispositif optique tel qu'une caméra haute résolution, en avant de l'outil. 2/ lorsque la ligne spécifique est peu ou pas visible, on détermine la position de cette ligne en visualisant une zone chauffée ou refroidie en amont de la zone soudée. Bien entendu, ces deux méthodes de détection peuvent être utilisées sur une même machine de sorte que l'opérateur peut choisir la méthode la plus adaptée pour visualiser la ligne spécifique.
De préférence, la trajectoire théorique générée est confondue avec ladite ligne spécifique, encore appelée ligne de travail, de cet ensemble. Le procédé de l'invention permet donc par la détermination de la position réelle de la ligne spécifique ou de la portion de cette ligne placée en amont de l'outil dans le sens de déplacement de ce dernier, de corriger en temps réel la trajectoire théorique de l'outil de sorte que ce dernier suive effectivement cette ligne spécifique. Bien entendu, en fonction de l'opération réalisée et donc de l'outil mis en oeuvre, seule la partie de ce dernier en contact avec la surface de l'ensemble peut être détectée. Dans le cas d'un outil de soudage, il peut ainsi s'agir du pion de cet outil. L'étape c) peut comporter une étape de traitement de l'image ou des données ainsi acquises par le dispositif optique ou le détecteur infrarouge thermique pour identifier ladite au moins une portion de la ligne spécifique et/ou la partie de l'outil en contact avec la surface de cet ensemble. Cette étape de traitement est avantageusement réalisée par une unité de traitement. Dans différents modes de réalisation particuliers de ce procédé de contrôle, 20 chacun ayant ses avantages particuliers et susceptibles de nombreuses combinaisons techniques possibles: - ladite ligne spécifique étant visible, on utilise à l'étape c) au moins un dispositif optique, lequel est placé en amont du déplacement dudit outil. 25 Dans un premier mode de réalisation, ledit au moins un dispositif optique est fixe. Dans un autre mode de réalisation, ledit au moins un dispositif optique est relié audit outil de manière à être déplacé avec ce dernier. De préférence, ce dispositif optique est alors porté par le robot porteur de l'outil au moyen d'un 30 bras. La longueur de ce bras est donnée par l'angle d'ouverture du dispositif optique, ou du détecteur infrarouge thermique. On déterminera cet angle d'ouverture de sorte que l'ensemble constitué du bras et du dispositif optique présente un encombrement réduit. Ce dispositif optique est, de préférence, une caméra telle qu'une caméra 35 haute résolution. - mettant en oeuvre au moins un détecteur infrarouge thermique, on génère à l'étape c) un contraste de température entre lesdites deux pièces afin de visualiser ladite ligne spécifique.
Pour cela, on peut chauffer ou refroidir au moins une partie d'une seule des deux pièces définissant la ligne spécifique. Pour augmenter le contraste et donc mieux imager ou détecter au moins une partie de la ligne spécifique, on peut chauffer au moins une partie d'une seule des deux pièces et refroidir au moins en partie l'autre pièce.
Le refroidissement d'au moins une partie d'une des deux pièces est réalisé par l'envoi d'air froid sur celle-ci. De préférence, ce refroidissement est réalisé par un jet d'air froid pulsé. On peut chauffer au moins une zone d'une seule des deux pièces au moyen d'un jet d'air chaud, d'un laser ou encore d'un inducteur.
L'invention concerne encore un système pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle de la trajectoire suivie par un outil porté par un robot à la surface d'un ensemble d'au moins deux pièces tel que décrit précédemment. Selon l'invention, ce système comprend au moins un dispositif optique et/ou au moins un détecteur infrarouge thermique, configurés pour, lorsque ce dernier se déplace à ladite surface, être placés en amont dudit outil dans le sens de déplacement de ce dernier et une unité de traitement pour déterminer en temps réel la position d'au moins une partie de ladite ligne spécifique placée en amont dudit outil afin de recaler éventuellement la trajectoire dudit outil pour que ce dernier se déplace le long de ladite ligne spécifique.
Dans différents modes de réalisation particuliers de ce système de contrôle, chacun ayant ses avantages particuliers et susceptibles de nombreuses combinaisons techniques possibles: - ledit système comporte un moyen pour déplacer ledit au moins un dispositif optique et/ou ledit au moins un détecteur infrarouge thermique dans le sens de déplacement dudit outil lors du déplacement de ce dernier et en amont de cet outil pour visualiser au moins une zone de ladite ligne spécifique. De préférence, ce moyen comprend au moins un bras support dudit au moins un dispositif optique et/ou dudit au moins un détecteur infrarouge thermique, ledit au moins bras étant relié audit outil de manière à se déplacer avec ce dernier.
Ce bras est orienté par rapport audit outil de sorte que ledit au moins un dispositif optique et/ou ledit au moins un détecteur infrarouge thermique est constamment placé en amont dudit outil dans le sens de déplacement de ce dernier. - ledit au moins un détecteur infrarouge thermique comporte au moins un capteur sensible aux flux émis par ladite au moins une partie de cette pièce ainsi chauffée ou ainsi refroidie, dans une bande de longueurs d'onde déterminée, chaque capteur émettant des signaux de mesure, - le système comportant au moins un détecteur infrarouge thermique, ledit système comprend un moyen pour générer un contraste de température entre lesdites deux pièces afin de visualiser ladite ligne spécifique. Ledit moyen pour générer un contraste de température comporte au moins une source configurée pour envoyer un flux d'air chaud ou d'air froid sur une partie de la surface dudit ensemble. Alternativement, ledit moyen pour générer un contraste de température comporte une source laser ou un moyen pour générer un champ magnétique dans au moins une partie d'une des pièces dudit ensemble.
Lorsque le matériau constitutif de la pièce devant être chauffée, est suffisamment conducteur électrique, ce matériau peut être chauffé sans contact direct avec cette pièce. Ce chauffage par induction est réalisé en plaçant la source à proximité immédiate de la face de cette pièce opposée à celle placée du côté de l'outil. Ce chauffage par induction est d'autant plus efficace que le matériau est magnétique. Ce n'est pas le cas de l'Aluminium, mais les courants induits par un inducteur de 3,5 kW peuvent élever la température de quelques dizaines de degrés dans une plaque de quelques millimètres d'épaisseur. Ce qui est important est l'élévation de température d'au moins une partie de la pièce par rapport à l'autre pièce pour générer le contraste et non pas la température absolue atteinte. La présente invention concerne encore un dispositif de soudage à double épaulement pour le soudage de pièces par friction malaxage, encore connu sous le nom de BT-FSW ("bobbin tool Friction stir welding"). Selon l'invention, ce dispositif est équipé d'un système tel que décrit 35 précédemment.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue partielle et en perspective d'un ensemble de deux tôles juxtaposées et présentant une ligne de jonction le long de laquelle un outil tel qu'un outil FSW est déplacé pour assembler les tôles, selon un mode de réalisation particulier de la présente invention, - la figure 2 est une image d'une partie de l'ensemble de la Fig. 1 en vue de dessus obtenue par une caméra infrarouge thermique, laquelle montre distinctement la ligne de jonction; DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE 15 L'INVENTION On notera tout d'abord que les figures ne sont pas à l'échelle. Les figures 1 et 2 montrent des vues partielles et en perspective d'un ensemble 10 de deux tôles 11, 12 juxtaposées et définissant un plan 13 de joint le long duquel un outil 14 BT-FSW porté par un robot, est déplacé pour 20 assembler ces deux tôles par soudure, selon un mode de réalisation préféré de l'invention. On génère tout d'abord une trajectoire théorique à la surface de cet ensemble, cette trajectoire étant superposée avec le plan 13 de joint. Afin de corriger d'éventuelles déviations entre la forme réelle et la 25 modélisation, typiquement réalisée par CAO (Conception assistée par ordinateur), de chaque pièce qui sert à établir la trajectoire initiale du robot, on détecte en temps réel la position d'au moins une partie du plan 13 joint placée en amont du déplacement de l'outil 14 à la surface de l'ensemble 10. Le plan 13 de joint étant difficilement détectable au moyen d'une 30 caméra optique, on met en oeuvre un détecteur infrarouge thermique (non représenté). De préférence, ce détecteur infrarouge thermique comporte une pluralité d'éléments sensibles au rayonnement infrarouge agencés selon une matrice. Chacun de ces éléments émet un signal de détection, lesquels sont 35 adressés à une unité de traitement telle qu'un ordinateur, sur laquelle est installé un logiciel approprié de traitement des données.
Afin d'augmenter le contraste du plan 13 de joint et le rendre encore plus facilement détectable, une source de chauffage (non représentée) est utilisée pour chauffer au moins une partie d'une seule des deux tôles 11, 12.
Le chauffage est obligatoirement réalisé sur un côté seulement du joint. Ainsi le plan 13 de joint joue le rôle de barrière thermique et la diffusion de la chaleur est ralentie par ce plan de joint qui de fait va s'échauffer par rapport au reste de la tôle. On observe alors une concentration de chaleur au droit du plan 13 de joint. Pour augmenter encore le contraste, il est possible d'appliquer un refroidissement sur la tôle de l'ensemble 10 qui n'est pas chauffée. Le chauffage est réalisé soit avec un jet d'air chaud à l'aide d'une buse, avec un laser ou encore avec un inducteur.
Si on détermine dans un premier temps la position réelle du plan 13 de joint par rapport à la trajectoire initiale, ou théorique, de l'outil 14 de manière à éventuellement ajuster cette dernière trajectoire pour qu'elle soit confondue avec le plan 13 de joint, la position de cet outil 14 peut bien entendu, être déterminée simultanément à celle de ladite au moins une zone du plan 13 de joint de manière à déterminer une déviation éventuelle de l'outil par rapport à ce plan 13 de joint lié par exemple aux imprécisions introduites par le robot porteur dudit outil 14.
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle de la trajectoire suivie par un outil (14) porté par un robot à la surface d'un ensemble (10) d'au moins deux pièces (11, 12), ledit ensemble (10) comprenant au moins une ligne (13) spécifique le long de laquelle ou de l'une desquelles on cherche à déplacer un outil, caractérisé en ce qu'on réalise les étapes suivantes : a) générer une trajectoire à la surface dudit ensemble, ladite trajectoire étant superposée avec ladite ou une des lignes (13) spécifiques dudit ensemble, b) déplacer ledit outil (14) le long de ladite trajectoire, c) détecter en temps réel la position d'au moins une partie de ladite ligne (13) spécifique placée en amont du déplacement dudit outil (14) au moyen d'au moins un dispositif optique ou d'au moins un détecteur infrarouge thermique, et déterminer la position dudit outil (14) par rapport à ladite au moins une partie de la ligne (13) spécifique en prenant en compte la trajectoire dudit outil (14), d) ajuster la trajectoire dudit outil (14) lorsqu'une déviation dudit outil (14) par rapport à ladite ligne (13) spécifique est ainsi déterminée, de manière que ledit outil (14) suive ladite ligne (13) spécifique.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite ligne (13) spécifique étant visible, on utilise à l'étape c) au moins un dispositif optique, lequel est placé en amont du déplacement dudit outil (14).
- 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit au moins un dispositif optique est fixe.
- 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit au moins un dispositif optique est relié audit outil (14) de manière à être déplacé avec ce dernier.
- 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que mettant en oeuvre au moins un détecteur infrarouge thermique, on génère à l'étape c) un contraste de température entre lesdites deux pièces (11, 12) afin de visualiser ladite ligne (13) spécifique.
- 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on chauffe ou on refroidit au moins une partie d'une seule des deux pièces (11, 12) pourgénérer un contraste assurant une mise en évidence de ladite ligne (13) spécifique.
- 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que chauffant au moins une partie d'une seule des deux pièces (11, 12), on refroidit l'autre pièce pour augmenter le contraste.
- 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'on chauffe au moyen d'un jet d'air chaud, d'un laser ou encore d'un inducteur.
- 9. Système pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle de la trajectoire suivie par un outil (14) à la surface d'un ensemble d'au moins deux pièces (11, 12) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins un dispositif optique et/ou au moins un détecteur infrarouge thermique, configurés pour, lorsque ce dernier se déplace à ladite surface, être placés en amont dudit outil (14) dans le sens de déplacement de ce dernier, et - une unité de traitement pour déterminer en temps réel la position d'au moins une partie de ladite ligne (13) spécifique placée en amont dudit outil (14) afin de recaler éventuellement la trajectoire dudit outil (14) pour que ce dernier se déplace le long de ladite ligne (13) spécifique.
- 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour déplacer ledit au moins un dispositif optique et/ou ledit au moins un détecteur infrarouge thermique dans le sens de déplacement dudit outil (14) lors du déplacement de ce dernier, en amont de cet outil (14) pour visualiser au moins une zone de ladite ligne (13) spécifique.
- 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un bras support dudit au moins un dispositif optique et/ou dudit au moins un détecteur infrarouge thermique, ledit au moins bras étant relié audit outil (14) de manière à se déplacer avec ce dernier.
- 12. Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que comportant au moins un détecteur infrarouge thermique, ledit système comprend un moyen pour générer un contraste de température entre lesdites deux pièces (11, 12) afin de visualiser ladite ligne (13) spécifique.
- 13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit moyen pour générer un contraste de température comporte au moins unesource configurée pour envoyer un jet d'air chaud ou d'air froid sur une partie de la surface dudit ensemble.
- 14. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit moyen pour générer un contraste de température comporte une source laser ou un moyen pour générer un champ magnétique dans au moins une partie d'une des pièces (11, 12) dudit ensemble.
- 15. Dispositif de soudage à double épaulement pour le soudage de pièces (11, 12) par friction malaxage, caractérisé en ce qu'il comprend un système selon l'une quelconque des revendications 9 à 14.
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