Tête de bridage comportant un pilote de centrage à griffes de serrage rétractables
L'invention se rapporte au domaine des outils de serrage et elle concerne plus particulièrement une tête de bridage pour le maintien ou le serrage de pièces.
De telles têtes de bridage sont utilisées dans l'industrie pour maintenir ou mettre en référence des pièces à assembler. Elles trouvent en particulier une application dans les chaînes d'assemblage d'éléments de structure ou de carrosserie de véhicules automobiles. Les pièces ainsi bridées sont alors assemblées par tout moyen connu, notamment par soudage, collage, clinchage, etc. La tête de bridage est montée soit sur un banc d'assemblage fixe, soit à l'extrémité d'un bras de robot, soit encore sur une palette mobile, sur un convoyeur aérien ou au sol.
Plus précisément, l'invention concerne une tête de bridage pour le centrage et le serrage d'au moins une pièce possédant un trou de centrage, tête constituée d'un étage mécanique couplé à un étage de puissance, l'étage mécanique comprenant un corps, un pilote de centrage apte à faire saillie hors du corps, et au moins une griffe de serrage rétractable dans le pilote.
On connaît déjà des dispositifs de ce type. Dans un premier type connu, la tête de serrage comprend une simple broche qui s'escamote complètement dans un corps et qui est ensuite sortie pour s'engager dans le trou calibré de centrage d'une pièce.
Dans un deuxième type connu, la broche est en attente et déjà sortie en partie du corps. Elle est ensuite sortie un peu plus, par exemple de 5 mm environ, et des griffes recourbées qui étaient escamotées dans la broche font saillie pour prendre appui sur la pièce autour du trou calibré.
Ces dispositifs connus ne permettent pas d'assurer à la fois le centrage et le serrage de la pièce tout en permettant simultanément un effacement complet de la broche dans le corps.
L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient.
A cet effet, le pilote est apte à se déplacer entre une position rentrée dans laquelle il est entièrement effacé dans le corps et une position de centrage dans laquelle il pénètre dans le trou de centrage de la pièce, la ou chaque griffe de serrage étant mobile entre une position escamotée dans laquelle elle est contenue dans le pilote et une position de serrage dans laquelle elle serre la pièce sur une surface de référence.
Dans une réalisation préférée, la tête de bridage comporte un premier ensemble mobile en translation par rapport au corps et un second ensemble monté sur le premier ensemble mobile et mobile en translation par rapport à ce dernier, le second ensemble incluant le pilote et la ou les griffes de serrage, le premier et le second ensemble étant aptes a se déplacer d'un bloc de la position rentrée jusqu'à la position sortie du pilote puis, le déplacement du premier ensemble se poursuivant, le second ensemble étant apte à se déplacer relativement au premier ensemble, de manière à provoquer le passage de la griffe de serrage de la position escamotée à la position de serrage.
Ainsi, la course du premier ensemble, et particulièrement la course du pilote, se divise en deux étapes. Dans une première étape, le pilote fait saillie hors du corps pour pénétrer dans le trou de centrage, chaque griffe étant escamotée. Dans une deuxième étape, le pilote étant complètement sorti du corps, la ou chaque griffe de serrage fait saillie hors du pilote pour venir en position de serrage contre la pièce.
Selon une réalisation particulière, le second ensemble comporte
une surface de contact qui entre en contact avec une surface d'arrêt du corps dès que la broche est entièrement sortie.
Ainsi, lorsque la surface de contact atteint la surface d'arrêt, le déplacement en translation du second ensemble est bloqué. Ceci a pour effet de limiter la sortie du pilote et de marquer le passage de la première étape à la seconde étape.
Avantageusement, chaque griffe de serrage est montée mobile en rotation autour d'un axe porté par le pilote.
Ainsi, chaque griffe fait saillie hors du pilote par un mouvement de pivotement. L'axe de rotation peut avantageusement être utilisé comme surface de contact venant en contact avec une paroi intérieure du corps pour limiter la sortie du pilote hors du corps.
Chaque griffe de serrage peut être actionnée par des moyens indépendants des moyens d'actionnement de la sortie du pilote. Toutefois, dans une réalisation avantageuse, l'actionneur peut servir à la fois pour provoquer la sortie du pilote hors du corps au cours de la première étape, puis l'extraction de la griffe hors du pilote dans la seconde étape. Ainsi, dans une réalisation particulière, la griffe de serrage comporte une came et le premier ensemble porte un doigt de came, le doigt de came se déplaçant sur la came lorsque le second ensemble se déplace par rapport au premier ensemble, ce qui provoque le passage de la griffe de serrage de la position escamotée à la position de serrage.
Des caractéristiques complémentaires et/ou alternatives de l'invention sont énumérées ci-après :
- la tête de bridage comporte un corps rotatif monté tournant par rapport au corps et portant une vis qui actionne un écrou faisant partie du premier ensemble mobile ;
- l'actionneur est un actionneur électrique rotatif possédant
un axe moteur qui entraîne le corps rotatif monté tournant dans le corps ;
- l'axe moteur de l'actionneur est couplé au corps rotatif par un accouplement démontable ; - l'accouplement démontable comporte un limiteur de couple ;
- le corps rotatif comporte une mollette pour permettre le déverrouillage manuel de la ou des griffes de serrage ;
- le corps est équipé d'un disque amovible comportant un trou de passage dont le diamètre correspond au diamètre du pilote ; - le premier ensemble et le second ensemble mobile constituent avec le disque amovible une cassette d'outillage interchangeable ;
- les moyens de commande comportent une carte électronique propre à contrôler le moteur par l'intermédiaire d'un pilote ; - la carte électronique est intégrée dans l'étage de puissance ;
- la carte électronique est extérieure à la tête de bridage et reliée à cette dernière par une liaison électrique.
- la carte électronique comprend des moyens de paramétrage pour paramétrer l'effort de serrage exercé par la griffe de serrage ;
- la carte électronique comprend des moyens de paramétrage pour paramétrer l'angle d'ouverture que définit la griffe de serrage entre sa position rétractée et sa position de serrage ; - la carte électronique comprend des moyens de paramétrage pour paramétrer une loi de mouvement de la griffe de serrage.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures :
- la Figure 1 est une vue en coupe d'une tête de bridage conforme à l'invention, le pilote étant en position rentrée ;
- la Figure 2 est une vue en coupe de l'étage mécanique de la tête de bridage de la Figure 1, le pilote étant
en position sortie, la griffe de serrage étant en position escamotée ;
- la Figure 3 est une vue similaire à la Figure 2, mais avec la griffe de serrage en position de serrage ;
- la Figure 4 est une vue partielle en coupe analogue à la
Figure 3 montrant deux griffes en position de serrage sur une pièce ; et
- la Figure 5 représente schématiquement une réalisation des moyens de commande de l'actionneur.
Sur la Figure 1, la tête de bridage conforme à l'invention comprend un étage mécanique 12 et un étage de puissance 14, ici un étage électrique. Ces deux étages sont assemblés entre eux de manière démontable. L'étage mécanique 12 comporte un corps 16 de forme générale cylindrique comportant un alésage 18 ouvert à ses deux extrémités, dans lequel est montée une douille 19. A sa partie supérieure, le corps 18 est fermé par un capuchon 20. La face supérieure 21 du capuchon est perforée par un alésage 22 dans lequel est introduit un épaulement 23 d'un disque plat 24 comportant un trou central 26. La face plane 27 du disque 24 constitue une face de référence pour le positionnement d'une pièce à centrer, par exemple d'une tôle. Un corps rotatif, désigné dans son ensemble par la référence générale 30, est monté tournant à la partie inférieure du corps 16, par exemple au moyen de paliers à billes 32. Le corps 30 comporte une mollette d'entraînement 34 dans laquelle sont formés des trous 36 permettant d'engager un outil d'actionnement. La partie inférieure du corps 16 comporte un orifice 38 permettant l'accouplement de l'étage mécanique 12 avec l'étage de puissance 14. A sa partie supérieure, le corps 16 comporte une vis 40.
Un premier ensemble mobile, désigné par la référence générale 42, est logé dans l'alésage 18 du corps 16. Ce premier ensemble est constitué d'un écrou 43 et d'une bague 44 solidaire de l'écrou 43. L' écrou 43 est guidé en translation dans le corps 16 et il est bloqué en rotation. Il comporte un alésage fileté
46 qui coopère avec la vis 40. Il comporte une partie évidée 48 dans laquelle l'extrémité supérieure de la vis 40 est logée. Un ressort en spirale 50 entoure la vis 40 et repose dans un logement 52 prévu dans le fond de l'évidement 48. L'ensemble mobile 52 est mobile en translation par rapport au corps 16.
Le second ensemble mobile désigné par la référence générale 54 est constitué essentiellement d'un pilote 56 et de griffes 58. En effet, bien que l'invention puisse comporter une griffe de serrage unique, elle peut également comporter plusieurs griffes, par exemple deux, comme dans l'exemple décrit sur les Figures 1 à 4, voire davantage, par exemple trois ou quatre. Toutefois, dans un souci de clarté de la figure, une seule griffe 58 a été représentée sur les Figures 1 à 3, tandis que deux griffes sont représentées sur la Figure 4.
Le pilote 56 comporte une tête tronconique 60 arrondie à sa partie supérieure destinée à pénétrer dans le trou calibré de centrage de la pièce à centrer et à serrer (non représentée sur les Figures 1 à 3). Le pilote 56 comporte également un évidement 62 destiné à loger les deux griffes de serrage 58. Ces dernières sont montées pivotantes sur le pilote 56 autour d'un axe horizontal 64. Les griffes 58 ont des extrémités recourbées en forme de bec. A leur partie inférieure, les deux griffes 58 comportent une partie recourbée 66, sensiblement horizontale dans la position des griffes représentée sur la Figure 1. Un profil de came 68 est formé dans la partie recourbée 66. Un doigt de came 70 solidaire de la bague 44 faisant partie du premier ensemble mobile 42 est engagé dans le profil de came 68.
A sa partie inférieure, le pilote 56 est solidaire d'une collerette 57 montée coulissante dans l'évidement 48 de l'écrou 43. La collerette 57 est sollicitée verticalement vers le haut par le ressort hélicoïdal 50 qui prend appui sur sa face inférieure. Ainsi, en l'absence de sollicitation contraire, la collerette 57 est plaquée contre un épaulement de la bague 44
de telle sorte que le premier et le second ensemble se déplacent en bloc.
L'étage de puissance 14 comporte un boîtier 80 de forme générale parallélépipédique ayant deux faces principales 82 et une face inférieure 84. Cette dernière est traversée par un câble électrique 86 terminé par une fiche de connexion 88. La fiche 88 est, par exemple, un connecteur à la norme M23. A sa partie supérieure, le boîtier 80 comporte une face ouverte 90 susceptible d'être adaptée et fixée de façon étanche et amovible sur l'étage mécanique 12. Le boîtier 82 est avantageusement réalisé en un matériau du même type que le corps de l'étage mécanique 12, par exemple en polyamide chargé de fibres de verre.
Le boîtier 82 loge intérieurement un actionneur rotatif 92. Cet actionneur peut être pneumatique, mais il est de préférence constitué par un moteur électrique ayant un axe de sortie 94 coaxial à l'axe général de la tête de serrage. Le moteur 92 est de préférence un moteur du type "sans balai" alimenté en courant continu et en basse tension, typiquement sous 24 volts. Ce moteur est piloté selon une loi choisie par l'intermédiaire de moyens de commande 96 qui peuvent être situés à l'intérieur de l'étage de puissance 14, mais qui peuvent être également extérieurs à ce boîtier.
Un accouplement démontable, du type a liaison élastique, est prévu entre l'axe de sortie 94 du moteur 92 et le corps rotatif 30. La rondelle élastique 100 comporte une configuration spécifique, non circulaire. Dans l'exemple, elle comporte quatre lobes périphériques décalés à 90' les uns des autres (non représentés) et ayant chacun sensiblement une forme semi- circulaire. L'évidement 38 définit un logement de forme conjuguée destiné à recevoir la rondelle élastique 100. On procure ainsi un accouplement rapide, de nature élastique, qui permet d'assurer automatiquement une liaison en rotation entre l'étage mécanique 12 et l'étage de puissance 14 lorsqu'ils sont
mutuellement assemblés. La rondelle élastique 100 est formée de préférence d'un matériau élastique semi-rigide. A ce titre, il est avantageux d'utiliser un matériau choisi parmi les polyamides et, en particulier, le matériau connu sous la dénomination Ertalon (marque déposée) .
Ainsi, l'interchangeabilité de l'un ou l'autre des étages mécaniques 12 et de puissance 14 de la tête de bridage est grandement facilitée. Les deux étages sont prévus pour un fonctionnement à vie, et en cas de défaillance de l'un d'eux, il suffit simplement de le démonter pour le jeter et le remplacer par un étage neuf. Ceci permet de minimiser les temps d'immobilisation lors des opérations de remplacement. Ceci est particulièrement avantageux dans le cas d'une chaîne d'assemblage de véhicules automobiles qu'il n'est pas possible d'arrêter pour remplacer un équipement défectueux.
De ce fait, les opérations de maintenance sont réduites et, pour cela, on utilisera de préférence un étage mécanique graissé à vie et non démontable.
Sur la Figure 1, le pilote 56 a été représenté en position rentrée. Dans cette position, la tête 60 du pilote ne fait pas saillie au-dessus de la surface de référence 27 du disque 24. Les deux griffes de serrage 58 sont entièrement rétractées dans le logement 62. Leur extrémité ne fait pas saillie au-delà du diamètre extérieur du pilote 56, de telle sorte que ce dernier peut traverser le trou 26 du disque 24.
Dans cette position rentrée représentée sur la Figure 1, le premier ensemble mobile 42 est rentré au maximum dans l'alésage 18. La collerette 57 est plaquée contre un épaulement inférieur de la bague 44 solidaire de l'écrou 43. Le ressort hélicoïdal 50 est en position détendue.
Lorsque le corps rotatif 30 est entraîné en rotation par le moteur 92, la vis 40 déplace l'écrou 43 en translation vers le
haut. Le premier ensemble mobile 42 et le second ensemble mobile 54 se déplacent d'un bloc, ce qui provoque la sortie du pilote 56 et sa pénétration dans le trou de centrage de la ou des pièces à centrer et à serrer (non représentées), comme montré par la figure 2. Durant cette étape du mouvement, la collerette 57 reste plaquée contre la bague 44 par le ressort 50.
L'axe transversal 64 des griffes de serrage 58 fait saillie de part et d'autre du diamètre extérieur du pilote 56. Ainsi, lorsque le premier ensemble mobile 42, et par conséquent le second ensemble mobile 54 porté par le premier, se sont déplacés d'une distance d égale à la distance entre la partie supérieure du diamètre de l'axe transversal 64 et une surface de butée (non représentée) prévue dans le disque 24 ou la face supérieure du capuchon 20, le second ensemble mobile 54 est bloqué en translation. La rotation du corps rotatif 30 et par conséquent de la vis 40 se poursuivant, l'écrou 43 poursuit son mouvement de translation vers le haut.
Toutefois, étant donné que le second ensemble mobile 54 est bloqué contre la paroi supérieure du corps, un déplacement relatif du premier et du second ensemble se produit. Plus précisément, la collerette 57 pénètre à l'intérieur de l'évidement 48, comme on peut le voir sur la Figure 3. La collerette 57 cesse d'être plaquée contre la bague 44 et un jeu de plus en plus grand apparaît entre la collerette 57 et la bague 54, ce qui provoque simultanément la compression du ressort hélicoïdal 50. Dans le même temps, le doigt de came 70 porté par la bague 44 provoque un mouvement de pivotement des griffes 58 autour de l'axe 64. Ce mouvement de pivotement a pour effet de faire sortir les deux extrémités des griffes de leur logement.
Les griffes 58 passent ainsi de la position escamotée représentée sur les Figures 1 et 2 à la position de serrage représentée sur la Figure 3. Dans cette position, l'extrémité
59 de la griffe vient en appui sur la surface de référence 27 du disque 24.
On se réfère maintenant à la Figure 4 montrant une pièce P pourvue d'un trou calibré de centrage qui est traversé par la tête 60 du pilote. La pièce P est interposée entre les extrémités respectives 59 des griffes 58 et la face de référence 27 du disque 24 et elle est ainsi maintenue serrée sur cette dernière.
On réalise ainsi successivement le centrage, puis le serrage de la ou des pièces sur la surface de référence.
Selon l'invention, il est possible de changer aisément le diamètre du pilote 56 pour l'adapter à des trous de centrage de diamètre différent en fonction de la nature des pièces à centrer et à serrer. A cette fin, le premier et le second ensemble mobile constituent avec la douille 19 une cassette d'outillage interchangeable. Il est possible de retirer, en une seule opération, la douille 19 contenant le premier ensemble mobile et le second ensemble mobile après avoir retiré le capuchon 20. La cassette d'outillage interchangeable est remplacée par une autre cassette comportant un pilote 56 de diamètre plus petit ou plus grand en fonction des besoins. Bien entendu, il convient de changer également le disque 24 de manière que le diamètre intérieur du trou de guidage 26 corresponde au diamètre extérieur du pilote 56.
La mollette 34 prévue sur le corps rotatif permet un actionnement manuel de la tête de bridage en cas d'incident de fonctionnement, et notamment en cas de panne de l'étage de puissance 14.
On a représenté sur la Figure 5 un exemple des moyens de commande de l'actionneur rotatif 92. Les moyens de commande 96 sont réalisés sous la forme d'une carte électronique, c'est-à- dire d'un circuit électronique. Dans l'exemple de réalisation
représenté, cette carte est destinée à être insérée dans le boîtier 80, comme décrit précédemment.
La carte 96 comprend une régulation 120 qui contrôle le moteur 92 au travers d'un pilote 122. Cette régulation est alimentée électriquement au travers d'un raccord 124 ayant deux bornes susceptibles d'être reliées respectivement au pôle positif (+V) et au pôle négatif (-V) d'une source de courant à basse tension. Des fils électriques 126 alimentent également le pilote. La régulation 120 peut comporter différents moyens de paramétrage. Dans l'exemple, elle comporte des moyens de paramétrage MPI pour paramétrer l'effort de serrage exercé par les griffes de serrage 58, des moyens de paramétrage MP2 pour paramétrer l'angle d'ouverture des griffes de serrage entre la position rétractée et la position de serrage et des moyens de paramétrage MP3 pour paramétrer une loi de mouvement des griffes de serrage 58.
Les moyens de paramétrage MPI peuvent, à titre d'exemple, paramétrer l'effort de serrage à une valeur comprise entre 40 et 200 daN.
Le dispositif est paramétrable par un ordinateur. Il peut comporter un codage angulaire. On peut gérer la position des bras des griffes de serrage et serrer des tôles d'épaisseur différente. La gestion électronique permet de supprimer le "présence pièce". En effet, si l'extrémité des griffes de serrage ne rencontre pas de tôle pendant la fermeture, le moteur 92 s'arrête et déclenche, grâce à l'électronique intégrée dans l'étage de puissance, un signal de défaut.
La fixation du système est conforme à la norme CNOMO. L'étage de puissance 14 est interchangeable avec un autre, par exemple avec un étage de puissance pneumatique.
La tête de serrage conforme à l'invention présente ainsi de nombreux avantages. Elle est constituée de deux sous-ensembles
qui peuvent être accouplés et désaccouplés rapidement. Ceci permet de remplacer rapidement l'étage de puissance ou l'étage mécanique si l'un ou l'autre de ces deux étages est défectueux. Cette caractéristique est particulièrement intéressante sur une chaîne de montage dont les cadences d'assemblage sont rapides et qui ne peut pas être arrêtée pour permettre une réparation ou un remplacement de longue durée.
Par ailleurs, ces deux sous-ensembles sont conçus pour avoir une longue durée de vie et ils sont jetables en cas de mauvais fonctionnement. Il n'est donc pas nécessaire de les ouvrir et de les réparer.
En outre, étant donné que l'étage de puissance peut être remplacé par un étage d'un autre type, par exemple par un étage pneumatique, la tête de serrage présente une grande flexibilité et elle peut s'adapter sur des chaînes de montage différentes.
Enfin, le fait que le premier et le second ensemble mobile sont constitués sous la forme d'une cassette interchangeable qui permet de remplacer rapidement un pilote de centrage par un autre augmente encore la flexibilité et la polyvalence de la tête de serrage de l'invention.
L'invention trouve une application dans le maintien et la mise en référence de pièces à assembler, en particulier dans les chaînes de montage automatisées.