FR3033511B1 - Systeme de traitement de surface - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un système de traitement de surface, notamment de ponçage ou de polissage, comportant : Une interface de montage sur un bras robotisé (20), au moins deux unités de traitement de surface (60), comportant chacune : ○ une compliance (13) d'axe longitudinal propre, ○ une tête de traitement (11) portée par la compliance, la compliance autorisant un déplacement relatif de la tête relativement à l'interface selon l'axe longitudinal et délivrant une information représentative de la position axiale relative, selon l'axe longitudinal de la tête de traitement.

Description

La présente invention concerne les systèmes, installations et procédés destinés au traitement de surface, et plus particulièrement mais non exclusivement le ponçage et le polissage.

Dans le milieu de l’aéronautique, mais pas exclusivement, des procédés d’abrasion sont utilisés pour la préparation de surface, par exemple avant peinture, ainsi que pour l’enlèvement de matière, tel que le retrait de vernis ou de peinture.

La préparation de surface correspond à la création d’une accroche sur le matériau, qui est souvent appelée apprêt, afin d’améliorer l’adhérence de la peinture sur la pièce. Une fois la phase de peinture effectuée, il est possible qu’une phase de polissage soit nécessaire.

Un procédé de ponçage et/ou de polissage est un procédé qui est commandé par la vitesse d’avance de la ponceuse ou de la polisseuse, la vitesse de rotation de celle-ci et l’effort appliqué sur celle-ci.

La répartition de l’effort appliqué sur la ponceuse ou polisseuse vers la pièce est dépendante de la géométrie de la zone de contact entre la pièce et le plateau de la ponceuse ou polisseuse. C’est pourquoi la position et l’orientation de la ponceuse ou de la polisseuse vis-à-vis de la pièce est importante afin de contrôler l’enlèvement de matière. Dans certains cas, la pièce est susceptible de se déformer légèrement, ce qui rend plus difficile le contrôle précis de l'épaisseur enlevée.

La préparation de surface peut aussi requérir plus que la création d’une accroche, et il est alors nécessaire d’enlever des épaisseurs de l’ordre de quelques microns à plusieurs centimètres de matière.

Lors de l'utilisation d'un bras robotisé, les têtes de l'outil sont généralement portées chacune par un système de support dit « compliance », qui assure le contrôle de la force de contact de la tête avec la pièce à traiter.

Un exemple de compliance est divulgué dans la demande US 2014/0005831 Al.

Des procédés de traitement de surface avec assistance d'un bras robotisé sont connus, notamment des publications CN 1038 78666 A, CN 1038 62373 A ou CN 1038 62340A.

Dans certains cas, un système de mesure optique par interférométrie laser est utilisé pour piloter précisément le bras robotisé. L'inconvénient d'un tel système, outre son coût, est sa sensibilité à la poussière.

Dans d'autres cas, un système de vision à caméra est utilisé. Un tel système est également sensible à la poussière, et nécessite de bonnes conditions d'éclairage.

Les publications JP H 05228824 ou JP 3 034 685 B2 enseignent d'exploiter l'information de variation du couple exercé sur l'outil pour contrôler la position de ce dernier.

La publication CN 1030 56759 A divulgue d'utiliser l'effort de coupe et la vitesse de rotation de l'outil pour ajuster l'effort d'appui et sa trajectoire.

Les publications JP 2852828 B2 et JP H 05220656A divulguent d'utiliser un capteur externe à l'outil de façon à permettre l'utilisation de n'importe quel robot. Une telle solution s'avère relativement coûteuse à mettre en œuvre.

Le brevet US 8 914 153 divulgue un système de traitement comportant une tête de traitement montée rotative par rapport à un capteur de force grâce à une rotule. Des capteurs de distance détectent la rotation de la tête de traitement et l’orientation du bras robotisé peut être corrigée en conséquence, pour maintenir l’axe de la tête perpendiculaire à la surface traitée, et effectuer ainsi un traitement de surface plus uniforme. Ce brevet décrit une variante à plusieurs têtes de traitement, dans laquelle celles-ci sont montées sur un support commun, articulé et orientable à l’aide d’un vérin. La présence des capteurs de distance complique la réalisation du système et en diminue la fiabilité.

La demande US2006/0181236 Al divulgue un procédé de programmation d’un robot, dans lequel des mesures sont effectuées par le robot sur l’objet réel en vue de corriger sa trajectoire. Ce procédé nécessite l’emploi de capteurs spécifiques.

La demande DE 10356343Al décrit un système de traitement comportant un support rotatif porté par un bras robotisé et permettant la sélection d’un outil parmi plusieurs outils différents.

La publication WO 2012/160412A1 divulgue un procédé d’apprentissage manuel de la trajectoire d’un robot. L’invention vise à perfectionner encore les procédés de traitement de surface, notamment de ponçage et/ou de polissage, et elle y parvient grâce à un système de traitement de surface, notamment de ponçage ou de polissage, comportant :

Une interface de montage sur un bras robotisé, au moins deux unités de traitement de surface, comportant chacune : o une compliance d’axe longitudinal propre (Zc), o une tête de traitement portée par la compliance, la compliance autorisant un déplacement relatif de la tête relativement à l’interface selon l’axe longitudinal (Zc) et délivrant une information représentative de la position axiale relative selon l’axe longitudinal (Zc) de la tête de traitement. L’invention présente, selon cet aspect, l’avantage de permettre d’utiliser les informations délivrées par les compliances pour corriger et/ou déterminer la trajectoire du bras robotisé afin de tenir compte par exemple de l’écart entre la programmation initiale de la trajectoire et le suivi de la pièce réelle en raison de la déformation de celle-ci au cours du traitement et/ou des tolérances mécaniques et autres imprécisions. Cela peut aussi permettre un déplacement du bras robotisé sur la base de ces informations, sans programmation préalable de la trajectoire du bras. L'invention permet ainsi avantageusement de commander le bras robotisé en temps réel afin de modifier sensiblement en temps réel le positionnement des têtes, sur la base d'une correction déterminée elle aussi en temps réel. On peut ainsi optimiser l'orientation des têtes pendant la réalisation du parcours du système de traitement. L'invention permet d'éviter d'utiliser, si on le souhaite, un système de calcul et de commande externe au bras robotisé, pour la gestion des données provenant du système de traitement. L'invention peut utiliser l'information de position provenant des compliances et ne requiert pas de capteurs externes aux compliances, de quelque technologie que ce soit (laser, mécanique,...) afin de déterminer les positions des têtes.

Cela permet de gagner en robustesse et en fiabilité. Cependant, l'utilisation de capteurs externes n'est pas exclue par l'invention selon ce premier aspect. L’invention permet ainsi que chaque unité soit dépourvue, si on le souhaite, de capteurs de position de la tête autres que celui ou ceux intégrés à la compliance. L'invention permet une mise en place ou un repérage grossier de la pièce à traiter, offrant un gain de temps sur le cycle complet de reprise de la pièce. On peut ainsi limiter le niveau de qualification requis de l'opérateur, en facilitant les prises de repères sur la pièce à traiter.

De préférence, la compliance est dite «active », c’est-à-dire qu’elle peut être commandée de façon à exercer une force prédéfinie, donnée par une consigne. Elle dispose avantageusement d’une boucle de régulation qui agit sur un mécanisme interne de façon à maintenir la force au plus près de la valeur de consigne.

Chaque tête de traitement est adaptée au traitement à réaliser, et peut notamment comporter un plateau vibrant, notamment un disque vibrant. Il s’agit par exemple d’un plateau animé d’un mouvement oscillant, comme c’est par exemple le cas d’une ponceuse orbitale.

La tête de traitement peut encore comporter un plateau entraîné en rotation, notamment un plateau rotatif.

De préférence, chaque unité de traitement comporte une articulation reliant la tête correspondante à la compliance associée, de préférence une articulation ayant au moins un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal de la compliance correspondante. De préférence encore, l’articulation comporte au moins deux axes géométriques de rotation, notamment perpendiculaires entre eux et de préférence perpendiculaires à l’axe longitudinal de la compliance. Une telle articulation est de préférence du type cardan.

Une telle articulation, notamment lorsqu’elle est à deux axes de rotation au moins, permet d’appliquer un effort plus uniforme sur la surface à traiter, et de tenir compte du galbe de la pièce.

Les unités de traitement, et notamment les compliances, sont de préférence reliées de façon non articulée à l’interface de fixation sur le bras robotisé.

La tête de traitement comporte de préférence un moteur, qui peut être électrique ou pneumatique, reçu dans un berceau relié par ladite articulation à la compliance.

Le système de traitement comporte de préférence au moins une butée réglable permettant de modifier le débattement angulaire de l’articulation autour d’au moins un axe de rotation, et mieux au moins deux butées qui permettent de modifier respectivement le débattement angulaire autour des deux axes précités de l’articulation. Ainsi, à la limite, le débattement peut être réduit si on le souhaite à zéro, ce qui peut être utile pour réaliser certains traitements de surface. On peut ainsi disposer d'un outil plus universel, capable d'être utilisé pour diverses tâches selon le débattement donné à l'articulation. Celui-ci est par exemple compris entre -20° et +20° autour d’une position médiane. Un ou plusieurs ressorts de rappel peuvent solliciter l’articulation pour la ramener dans cette position médiane. Ce ou ces ressorts sont par exemple disposés à proximité de la ou des butées, notamment grâce à une ou plusieurs pièces de maintien communes à une butée et à un ressort.

De préférence, le système comporte trois unités de traitement, ce qui permet avec le retour d’informations des compliances de pouvoir connaître l’orientation du système relativement à la surface traitée autour de deux axes perpendiculaires entre eux d’un repère lié au système de traitement. L'invention s'applique également à un système de traitement n'ayant que deux têtes de traitement.

Il est particulièrement avantageux que l’une au moins des unités de traitement soit mobile relativement à l’interface, de préférence longitudinalement Son déplacement est par exemple commandé par un vérin. Cela permet de la déplacer entre une position avancée où elle se situe en avant de la ou des autres têtes de traitement et peut être utilisée seule, pour des raisons d'encombrement par exemple, et une position reculée où elle est utilisée conjointement avec la ou les autres têtes pour traiter simultanément avec celles-ci une surface plus étendue. De préférence, les têtes de traitement sont identiques, réalisant le même traitement, de décapage ou de polissage par exemple.

De préférence, le système comporte des conduits d’aspiration reliés chacun d’une part à un raccord au niveau de la tête de traitement correspondante et d’autre part à un collecteur commun à toutes les têtes, disposé du côté de l’interface avec le bras robotisé.

Un capteur de dépression peut être présent pour alerter en cas de pression anormale au niveau du système d’aspiration ; par exemple, si l’on détecte l’absence de dépression alors que le système de traitement est en cours d’utilisation, une alerte peut être déclenchée et le système de traitement arrêté. Tous ces conduits peuvent se raccorder au collecteur selon un même sens giratoire, afin de favoriser l’évacuation des poussières collectées.

Dans des variantes de mise en œuvre de l’invention, la tête de traitement est reliée de façon amovible à la compliance, notamment à l’aide d’un accouplement permettant à un ensemble, comportant la tête de traitement sans moteur d’entraînement et une articulation permettant un pivotement de la tête relativement à la compliance, de se séparer de la compliance, ou à un ensemble comportant la tête de traitement, un moteur d’entraînement de celle-ci et une articulation permettant un pivotement de la tête relativement à la compliance, de se séparer de la compliance. Cela peut faciliter par exemple le remplacement de feuilles abrasives sur les têtes utilisées, en utilisant un magasin comportant des têtes prêtes à l’emploi, que vient échanger automatiquement le bras robotisé. L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une installation comportant :

Un bras robotisé, un système de traitement selon l’invention, tel que défini plus haut, porté par le bras.

Dans une telle installation, l’axe longitudinal propre de chaque compliance peut être parallèle à l’axe de la tête de traitement, notamment confondu avec ou distinct. L’axe longitudinal propre de chaque compliance peut en variante être non parallèle à l’axe de la tête de traitement. L’installation comporte avantageusement un système de calcul et de commande du bras robotisé, recevant en temps réel, notamment des compliances, une information de positionnement propre des têtes au sein du système de traitement, et calculant à partir de cette information une correction à apporter à l'orientation du système de traitement de façon à réduire l'écart avec une orientation prédéfinie par rapport à la surface traitée. L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de contrôle du déplacement d’un système de traitement de surface, notamment de ponçage et/ou de polissage, notamment d’une installation selon l’invention telle que définie plus haut, comportant plusieurs têtes de traitement adaptées à venir au contact de la surface à traiter, chaque tête étant portée par une compliance apte à exercer un effort sollicitant celle-ci en appui sur la surface à traiter, cette compliance délivrant une information sur le déplacement propre de la tête selon son axe, le système de traitement étant porté par un bras robotisé permettant de le déplacer sur la surface à traiter et de l’orienter par rapport à celle-ci, procédé dans lequel on détermine à partir de ladite information de déplacement propre la correction à appliquer à l’orientation du système de traitement de façon à réduire l’écart avec une orientation prédéfinie par rapport à la surface traitée.

La correction peut être appliquée sensiblement en temps réel.

Lorsque la surface est traitée en plusieurs passes, le mouvement programmé du bras robotisé peut être recalculé après le premier passage pour tenir compte des corrections à apporter à son mouvement. Le ou les passages effectués après le premier peuvent alors être réalisés sans correction déterminée en temps réel.

Lors du déplacement du système de traitement, on peut ou non mémoriser l’information délivrée par la compliance, relative au positionnement axial de la tête associée.

De préférence, on détermine la correction à appliquer au mouvement du bras robotisé pour amener les têtes à une valeur de déplacement propre, le long de l’axe longitudinal de la compliance, autour d’une valeur moyenne prédéfinie, de préférence sensiblement égale à la moitié de leur course permise par la compliance. Cela peut permettre de profiter au mieux de la résolution spatiale offerte par la compliance.

Le déplacement propre des têtes est avantageusement déterminé sans capteur externe à la compliance. L’orientation prédéfinie peut être la normale à la surface traitée, déterminée de préférence dans un repère (GXYZ) ayant pour origine le bary centre (G) des têtes.

Le procédé peut comporter le calcul de la normale à la surface traitée à partir de vecteurs définis par les coordonnées, dans un repère rattaché à l'outil, des centres (Pi, P2, P3) de plateaux des têtes. L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un produit programme d’ordinateur comportant un code exécutable par un système de calcul d’une installation selon l’invention, telle que définie ci-dessus, ce code assurant lorsqu’exécuté par le système de calcul : l’analyse en temps réel d’une information de positionnement propre (Zi, Z2, Z3) des têtes de traitement au sein du système de traitement, et le calcul à partir de cette information d’une correction à apporter à l'orientation du système de traitement de façon à réduire l'écart avec une orientation prédéfinie par rapport à la surface traitée. L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une unité de traitement de surface, notamment de ponçage ou de polissage, comportant : o une tête de traitement, o une compliance d’axe longitudinal propre (Zc), portant la tête de traitement, la compliance autorisant un déplacement relatif de la tête relativement à l’interface selon l’axe longitudinal (Zc) et délivrant une information représentative de la position axiale relative selon l’axe longitudinal (Zc) de la tête de traitement, o une articulation reliant la tête de traitement à la compliance, permettant un pivotement de la tête autour d’au moins un axe de rotation perpendiculaire à l’axe de la compliance, et de préférence autour de deux axes perpendiculaires entre eux et perpendiculaires à l’axe longitudinal de la compliance, o l’unité étant dépourvue de capteurs renseignant sur la position de la tête au sein de l’unité, autre(s) que celui ou ceux équipant la compliance. L’unité comporte une interface de fixation sur un bras robotisé, et de préférence l’axe de la compliance est fixe par rapport à cette interface. L’invention a encore pour objet un procédé de traitement de surface, dans lequel on déplace l’unité telle que définie ci-dessus relativement à la surface à traiter à l’aide d’un bras robotisé, l’on enregistre le mouvement de la tête selon l’axe longitudinal propre de la compliance au cours de ce déplacement, l’on détermine à partir de la connaissance de la trajectoire du bras robotisé et du mouvement relatif axial de la tête donné par la compliance une information utile pour corriger la trajectoire du bras robotisé, et l’on corrige ladite trajectoire en fonction de ladite information.

La correction peut être appliquée en temps réel ou après un balayage exploratoire. Lorsque la surface est traitée en plusieurs passes, le mouvement programmé du bras robotisé peut être recalculé après le premier passage pour tenir compte des corrections apportées lors du premier passage à sa trajectoire initialement programmée. Le ou les passages effectués après le premier peuvent alors être réalisés avec une trajectoire recalculée avant de lancer l'outil, sans correction déterminée en temps réel. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : la figure 1 représente de façon schématique et partielle, en perspective, un exemple de système de ponçage et/ou de polissage équipant un bras robotisé, les figures 2 et 3 représentent l'unité de traitement de la figure 1 sous différents angles de vue, la figure 4 représente isolément le moteur électrique d'entraînement et le plateau d'une tête de traitement, la figure 5 représente le bâti solidaire de la compliance, la figure 6 représente le berceau de réception du moteur d'entraînement de la compliance, la figure 7 est une vue analogue à la figure 1 d'une variante de réalisation d'une installation selon l'invention, les figures 8 et 9 représentent isolément le système de traitement de l'installation de la figure 7, la figure 10 représente la surface traitée, et des points de référence associés au système de traitement, la figure 11 représente le repère associé au système de traitement, les figures 12A et 12B illustrent une correction apportée à l'orientation du système de traitement, la figure 13 illustre une succession d'étapes pouvant être effectuée lors de la mise en œuvre du procédé, les figures 14 à 17 illustrent des variantes de mise en œuvre de l'invention, et la figure 18 représente de façon partielle en perspective une unité de traitement.

On a représenté sur la figure 1 une installation 1 de traitement de surface, comportant un bras robotisé 20 multiaxe, commandé par un système de calcul et de commande adapté, non représenté,

Le bras robotisé 20 porte un système de traitement 10 conforme à l’un des aspects de l'invention.

Ce système de traitement 10 comporte une unique unité de traitement 60, visible plus précisément sur les figures 2 et 3.

Une interface mécanique 16 assure la fixation du système 10 au bras 20. L'unité 60 comporte une compliance 13, par exemple de marque FERROBOTICS, de la gamme ACF.

La compliance 13 peut être contrôlée avec une consigne d’effort à appliquer, et délivre un signal représentatif de son élongation axiale. La course maximale en élongation, selon l’axe Zc, de la compliance 13 est par exemple comprise entre 1 et 200 mm, mieux entre 10 et 100 mm. La compliance peut présenter un soufflet externe, qui protège un mécanisme interne. Le capteur mesurant l’élongation de la compliance 13 est caché et protégé par ce soufflet.

La compliance 13 présente un axe longitudinal propre Zc, et supporte du côté opposé à l'interface 16 un bâti 63, portant la tête de traitement 11. Cette dernière comporte un plateau de travail 12 et un moteur électrique d'entraînement 65, visible sur la figure 4.

Un mécanisme adapté relie le plateau 12 au moteur 65, de façon à ce que la rotation du moteur 65 entraîne en mouvement le plateau 12. Ce mécanisme est par exemple celui d'une ponceuse orbitale.

Le moteur 65 est reçu dans un berceau 70, représenté isolément à la figure 6 et visible également à la figure 18, ayant des logements 71 de réception de roulements non représentés, qui sont engagés sur des axes portés par un anneau 200, de façon à permettre un pivotement autour d’un axe R2. L’anneau 200 est lui-même monté à pivotement autour d’un axe RI perpendiculaire à l’axe R2 et à l’axe Zc, grâce à des axes 72 portés par le bâti 63, visibles à la figure 5.

On dispose ainsi d’une articulation 19 permettant au berceau 70 de pivoter autour de deux axes géométriques de rotation RI et R2.

Des butées réglables 80 permettent de régler le débattement angulaire autour des axes RI et R2. Ces butées 80 sont maintenues à l’aide des pièces qui servent également de support à des ressorts de rappel 89 qui tendent à ramener l’articulation dans une position de repos médiane. Le tarage de ces ressorts peut être modifié en réglant la position d’axes 88. L’une de ces pièces de maintien a été enlevée à la figure 18 pour permettre de voir l’accrochage entre un ressort 89 et un élément de réglage 88.

Le bâti 63 présente au moins des ouvertures 76 d'accès aux butées réglables 80, permettant de régler le débattement angulaire de la tête 11 autour des axes RI et R2.

Un capot 85 peut entourer au moins partiellement le plateau 12 pour définir autour de celui-ci un espace sous dépression, relié à un raccord d'aspiration 90, permettant l’évacuation des poussières créées par le fonctionnement de la tête.

Conformément à l’un des aspects de l'invention, l'unité 60 est dépourvue de tout capteur de position de la tête 11 autre que celui ou ceux intégrés à la compliance 13, contrairement à ce qui est divulgué dans le brevet US 8 914 153.

La compliance 13 délivre une information permettant de connaître la position selon l'axe Zc de la tête 11 ; cette information peut être mise à profit pour connaître la géométrie réelle de la pièce à traiter et corriger ainsi, le cas échéant, la trajectoire du bras.

Dans la description qui va suivre, en référence aux figures 7 à 13, chaque unité de traitement 60 peut être identique à celle qui vient d'être décrite, ou comporter en variante un ou plusieurs capteurs additionnels permettant de délivrer une information relative à la position de la tête dans le référentiel associé au système de traitement.

Les mêmes signes de référence sont utilisés pour désigner des éléments identiques ou similaires

Le système de traitement comporte trois unités 60, ayant chacune un plateau de travail 12.

Le système 10 comporte un système d'aspiration des poussières comportant un collecteur 14 auxquels sont reliés des conduites flexibles fixées aux raccords 90.

Chaque articulation 19 se déplace en translation selon l’axe propre Zc de la compliance associée, tous les axes propres Zc étant parallèles à un axe Z du système 10.

Chaque compliance 13 permet de connaître la position de la tête 11 associée selon son axe propre Zc, relativement à l'interface 16 de fixation sur le bras 20.

Les centres des plateaux de travail 12 des têtes sont désignés dans la suite par PI, P2 et P3 respectivement. Ces points PI à P3 définissent, comme illustré aux figures 10 et 11, un triangle sensiblement équilatéral, dont les côtés sont légèrement plus grands que le diamètre des plateaux.

Le procédé qui va être décrit ci-dessous s'applique également à des dispositions différentes des têtes.

On associe au système 10 un repère GXYZ dont le centre est défini par le centre de gravité G du triangle précité, et dont l'axe Z est parallèle aux axes propres Zc des compliances 13.

Les raccords d’aspiration 90 sont situés du côté radialement extérieur des unités 60, et leur raccordement au capot 85 correspondant s’effectue selon une direction perpendiculaire à l’axe de rotation RI de l’articulation 19 associée. L'invention permet de déterminer une valeur de correction permettant de conserver le système de traitement avec une orientation normale à la surface traitée.

On suppose que dans ce repère, on a :

On calcule les vecteurs Pli12 et P1P3, puis le produit vectoriel de ces vecteurs afin d’obtenir la normale à la surface traitée.

Il y a trois paramètres à déterminer, à savoir la distance selon Z du système à la pièce qui doit être corrigée afin de conserver les têtes 11 sensiblement dans le milieu de leur course, la rotation suivant l’axe X et la rotation suivant l’axe Y.

Pour la distance en Z, on utilise le barycentre des positions des têtes en Z, (Zl+Z2+Z3)/3, que l’on compare avec une valeur de référence Zref, correspondant à la course médiane des compliances 13. On ajuste ensuite en fonction de l'écart avec Zref la position selon Z du bras robotisé.

Pour les rotations suivant X et Y, on se base sur le calcul précédent de la normale.

Notons la normale W. Dans un premier temps, on la normalise :

On suppose que les erreurs de position à corriger pendant le parcours sont faibles. Cette hypothèse se justifie par un positionnement normal au démarrage du processus et par une correction continue des erreurs qui tend à les rapprocher de zéro.

On utilise la formule du projeté orthogonal pour déterminer la distance entre le plan YZ et l’extrémité M du vecteur Nn.

avec A qui est un point du plan YZ et n un vecteur normal unitaire au plan YZ (par exemple 1, 0, 0).

On applique la même formule pour le plan XZ. Puisque Nn est unitaire, ceci revient à conserver les coordonnées du vecteur selon la normale au plan.

Ceci donne la distance du point M, extrémité du vecteur normal à la surface, aux plans de référence contenant l’axe Z.

On peut en déduire, avec l’approximation des petits déplacements, que les variations d’angle seront inférieures à 20° (variation entre deux périodes de correction). On considère donc que tan θ = Θ et la distance calculée d est égale à l’angle à corriger.

On envoie la correction -d au bras robotisé, afin qu’il ajuste sa position.

Certaines précautions sont nécessaires, telles que la définition des repères de rotation et translation qui permettent de déterminer le sens de la correction. De même, des conversions d’unités peuvent être à prévoir entre radian et degré.

La correction étant continue, il est avantageux d'effectuer un filtrage de l’erreur et d'utiliser un correcteur, par exemple de type proportionnel intégral dérivé, permettant d’optimiser l’asservissement du système.

On a illustré sur les figures 12A et 12B un exemple de correction apportée.

On voit sur la figure 12A que l'axe Z du système 10 fait un angle Θ avec la normale à la surface au point G.

Le mouvement imposé au bras robotisé 20, selon cet aspect de l'invention, permet de diminuer l'angle Θ, voire de l'annuler, comme illustré à la figure 12B.

Le procédé de traitement de surface peut être mis en œuvre de façon à corriger en temps réel le déplacement du bras robotisé, comme illustré à la figure 13.

Sur cette figure, le début de trajectoire programmée du système correspond à l'étape 30. L'étape 31 suivante correspond à l'acquisition des données de position des têtes. Cela est suivi, à l'étape 32, par un traitement tel que détaillé ci-dessus pour déterminer la position réelle du système par rapport à la pièce.

Les erreurs de positionnement sont calculées à l'étape 33, et les corrections correspondantes sont déterminées à l'étape 34. Ces corrections sont transformées à l'étape 35 en un ajustement de la position du robot.

Les étapes 31 à 35 se répètent selon une boucle 36 jusqu'à la fin 37 de la trajectoire programmée.

Dans une variante où il est nécessaire de faire plusieurs passes, la correction apportée lors de la première passe sert à générer un programme global corrigé, employé pour effectuer les passes suivantes. Cette fonction permet alors de désactiver la correction continue et de pouvoir augmenter la vitesse de travail.

De préférence, le déplacement du système de traitement s’effectue de façon à ce que le traitement de la surface soit le plus homogène possible.

Il s'avère avantageux de pouvoir déplacer l'une des unités 60 relativement aux autres, pour l'avancer, comme illustré à la figure 9 notamment. Pour ce faire, l'unité 60 en question peut être montée sur un chariot 110 déplaçable en translation le long de l'axe de la compliance associée grâce à un vérin 112. Cela permet, si on le souhaite, de n'utiliser qu'une seule unité 60 à la fois, afin de traiter des surfaces autrement inaccessibles, par exemple.

Les têtes de traitement 11 portent par exemple des feuilles abrasives qui sont remplacées au fur et à mesure de leur usure, chaque plateau 12 restant en place dans le système 10.

En variante, une connexion amovible 100 relie chaque tête de traitement 11 à la compliance associée, comme illustré à la figure 14. Cette connexion 100 comporte des raccords électriques et d'aspiration et permet d'échanger facilement deux têtes 11. Cela peut faciliter le remplacement d'une tête 11 ayant une feuille abrasive usée par une autre ayant une feuille neuve, de façon automatique par le bras robotisé. Ensuite, les têtes usagées peuvent être traitées en temps masqué pour les équiper de feuilles neuves.

Dans la variante illustrée à la figure 14, la tête 11 est échangée avec son moteur d'entraînement sous la forme d’un ensemble monobloc; dans la variante de la figure 15, la compliance 13 porte à demeure le moteur d'entraînement, sous forme de rotobroche par exemple. L'axe de la tête 11 peut être confondu avec celui de la compliance associée; en variante, comme illustré à la figure 16, l'axe de la tête peut s'étendre obliquement par rapport à celui de la compliance, par exemple avec un angle compris entre 30 et 60°.

Il est également possible, comme illustré à la figure 17, de déporter l'axe de la tête 11 par rapport à celui de la compliance associée 13, afin de réduire l’encombrement axial du système de traitement. L'invention n'est pas limitée au ponçage ou au polissage et s'applique encore à d'autres traitements de surface, tels que le nettoyage, le brossage ou l'ébavurage. L’articulation qui relie la compliance à la tête peut prendre d’autres formes encore, par exemple être réalisée avec une rotule sphérique, être à un seul axe, être du type flexible à segments emboîtés ou à joint élastomère.

La tête de traitement peut, dans une variante, comporter un rouleau entraîné en rotation de façon à contacter la surface à traiter selon une génératrice. L'expression "comportant un" doit se comprendre comme étant synonyme de "comprenant au moins un".

Claims (26)

1. REVENDICATIONS

   1. Système de traitement de surface, notamment de ponçage ou de polissage, comportant : Une interface (16) de montage sur un bras robotisé (20), au moins deux unités de traitement de surface (60), comportant chacune : o une compliance (13) d’axe longitudinal propre (Zc), o une tête de traitement (11) portée par la compliance, la compliance autorisant un déplacement relatif de la tête relativement à l’interface (16) selon l’axe longitudinal (Zc) et délivrant une information représentative de la position axiale relative, selon l’axe longitudinal (Zc), de la tête de traitement.
2. 2. Système selon la revendication 1, la tête de traitement comportant un plateau vibrant (12), notamment un disque vibrant.
3. 3. Système selon la revendication 1, la tête de traitement comportant un plateau entraîné en rotation, notamment un plateau rotatif.
4. 4. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque unité de traitement (60) comportant une articulation (19) reliant la tête correspondante (11) à la compliance associée (13), de préférence une articulation (19) d’axes (RI ; R2) perpendiculaires à l’axe longitudinal (Zc) de la compliance correspondante.
5. 5. Système selon la revendication précédente, la tête de traitement (11) comportant un moteur, de préférence électrique (65), reçu dans un berceau (70) relié par ladite articulation (19) à la compliance.
6. 6. Système selon l’une des revendications 4 et 5, comportant au moins une butée réglable (80) permettant de modifier le débattement angulaire de l’articulation (19) autour d’au moins un axe géométrique de rotation (RI ; R2).
7. 7. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant trois unités de traitement (60).
8. 8. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’une au moins des unités de traitement (60) étant mobile relativement à l’interface (16), de préférence longitudinalement, notamment sous l’effet d’un vérin (112).
9. 9. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant des conduits d’aspiration reliés chacun d’une part à un raccord (90) au niveau de la tête de traitement correspondante et d’autre part à un collecteur (14) commun à toutes les têtes, disposé du côté de l’interface (16) avec le bras robotisé.
10. 10. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque unité (60) étant dépourvue de capteurs de position de la tête (11) autres que celui ou ceux intégrés à la compliance.
11. 11. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, la tête de traitement étant reliée de façon amovible à la compliance, notamment à l’aide d’un accouplement (100) permettant à un ensemble comportant la tête de traitement sans moteur d’entraînement et une articulation permettant un pivotement de la tête relativement à la compliance, de se séparer de la compliance, ou à un ensemble comportant la tête de traitement et un moteur d’entraînement de celle-ci et une articulation permettant un pivotement de la tête relativement à la compliance, de se séparer de la compliance.
12. 12. Installation comportant Un bras robotisé (20), Un système de traitement (10) tel que défini dans l’une quelconque des revendications précédentes, porté par le bras.
13. 13. Installation selon la revendication 12, l’axe longitudinal propre (Zc) de chaque compliance étant parallèle à l’axe de la tête de traitement, notamment confondu avec ou distinct.
14. 14. Installation selon la revendication 12, l’axe longitudinal propre (Zc) de chaque compliance étant non parallèle à l’axe de la tête de traitement.
15. 15. Installation selon l’une quelconque des revendications 12 à 14, comportant un système de calcul et de commande du bras robotisé (20), recevant en temps réel une information de positionnement propre (Zi, Z2, Z3) des têtes au sein du système de traitement (10), et calculant à partir de cette information une correction à apporter à l'orientation du système de traitement de façon à réduire l'écart avec une orientation prédéfinie par rapport à la surface traitée
16. 16. Procédé de contrôle du déplacement d’un système (10) de traitement de surface, notamment de ponçage et/ou de polissage de préférence appartenant à une installation selon l’une quelconque des revendications 12 à 15, comportant plusieurs têtes de traitement (11) adaptées à venir au contact de la surface à traiter, chaque tête étant portée par une compliance (13) apte à exercer un effort sollicitant celle-ci en appui sur la surface à traiter, cette compliance (13) délivrant une information sur le déplacement propre (Zi, Z2, Z3) de la tête selon son axe (Zc), le système de traitement étant porté par un bras robotisé (20) permettant de le déplacer sur la surface à traiter et de l’orienter par rapport à celle-ci, procédé dans lequel on détermine à partir de ladite information de déplacement propre (Zi, Z2, Z3) la correction à appliquer à l’orientation du système de traitement (10) de façon à réduire l’écart avec une orientation prédéfinie par rapport à la surface traitée.
17. 17. Procédé selon la revendication 16, la correction étant appliquée sensiblement en temps réel.
18. 18. Procédé selon la revendication 16, la surface étant traitée en plusieurs passes, le mouvement programmé du bras robotisé étant recalculé après le premier passage pour tenir compte des corrections à apporter à son mouvement.
19. 19. Procédé selon la revendication 18, le ou les passages effectués après le premier étant réalisés sans correction déterminée en temps réel.
20. 20. Procédé selon l’une quelconque des revendications 16 à 19, dans lequel on détermine la correction à appliquer au mouvement du bras robotisé (20) pour amener les têtes à une valeur de déplacement propre, le long de l’axe longitudinal (Zc) de la compliance, autour d’une valeur moyenne prédéfinie (Zcref), de préférence sensiblement égale à la moitié de leur course permise par la compliance.
21. 21. Procédé selon l’une quelconque des revendications 16 à 20, le déplacement propre des têtes étant déterminé sans capteur externe à la compliance.
22. 22. Procédé selon l’une quelconque des revendications 16 à 21, l’orientation prédéfinie étant la normale à la surface traitée, déterminée de préférence dans un repère (GXYZ) ayant pour origine le barycentre (G) des têtes (11).
23. 23. Procédé selon l’une quelconque des revendications 16 à 22, comportant le calcul de la normale à la surface traitée à partir de vecteurs définis par les coordonnées, dans un repère rattaché à l'outil, des centres (Pi, P2, P3) de plateaux (12) des têtes.
24. 24. Produit programme d’ordinateur comportant un code exécutable par un système de calcul d’une installation telle que définie à la revendication 15, ce code assurant lorsqu’exécuté par le système de calcul : - l’analyse en temps réel d’une information de positionnement propre (Zi, Z2, Z3) de têtes de traitement (11) au sein du système de traitement (10), - le calcul à partir de cette information d’une correction à apporter à l'orientation du système de traitement de façon à réduire l'écart avec une orientation prédéfinie par rapport à la surface traitée.
25. 25. Unité de traitement de surface, notamment de ponçage ou de polissage, comportant : o une tête de traitement (11), o une compliance (13) d’axe longitudinal propre (Zc), portant la tête de traitement, la compliance autorisant un déplacement relatif de la tête relativement à l’interface selon l’axe longitudinal (Zc) et délivrant une information représentative de la position axiale relative selon l’axe longitudinal (Zc) de la tête de traitement, o une articulation (19) reliant la tête de traitement (11) à la compliance (13), permettant un pivotement de la tête autour d’au moins un axe de rotation (R1,R2) perpendiculaire à l’axe longitudinal de la compliance, mieux autour de deux axes géométriques (R1,R2) perpendiculaires entre eux, o l’unité étant dépourvue de capteurs renseignant sur la position de la tête au sein de l’unité, autre(s) que celui ou ceux équipant la compliance.
26. 26. Procédé de traitement de surface, dans lequel on déplace l’unité telle que définie à la revendication 25 relativement à la surface à traiter à l’aide d’un bras robotisé, l’on enregistre le mouvement de la tête selon l’axe longitudinal propre de la compliance au cours de ce déplacement, l’on détermine à partir de la connaissance de la trajectoire du bras robotisé et du mouvement relatif axial de la tête donné par la compliance une information utile pour corriger la trajectoire du bras robotisé, et l’on corrige ladite trajectoire en fonction de ladite information.