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INSTALLATION AUTOMATIS~ D~ TRAITE~ENT D'OBJ~TS DE
GRAND~ DIMENSION
La pr~sente inventlon e~t relative ~ une installation
auto~atlsée de traite~ent d'objets de grande dl~enslon.
De nombreux types dlatelier~ automatis~s ont ~t~ réalisés
ou proposés dans les dernl~re~ annees pour des traitement
divers d'obJets varl~s, toutefols la construction
navale est restée un peu ~ cart du mouvement. I.a
raison en est qu' elle poQe des problè~e3 particullers
qu~on rencontre rare~ent 9 OU Jan~ais réunis ensemble
dans d'autres secteurs de l'industrie.
Le pre~ier de ces probl~mes r~sulte de la taille des
produits fabriqués. Le~ dimenslons d'une coque, ou
d'un tron~on de coque sont telles qu'il est impensable de
l'amener ~ proxlmite de robots de traltement successifs,
et que ce sont au contraire le~ robots qu'll faut
d;eplacer pour le~ amener en positlon de travail. Un
autre probleme r~sulte du caract~re généralement non
parfai~e~ent repe~ltlf des t3ches. Si on considère
un tronçon de coque de navlre, il est constitué d'un
certain nombre de cellules limit~es par des cloi30ns
longitudinales ou transversales, chaque cellule ressemble
~ ses voisines mais elle est en g~neral di~erente.
A une ~chelle plus grande, 11 est rare que deux ou plusieurs
navires soient rigoureusement ldentiques. ~e ce fait,
un ~ode d'organisation qul n'auto~atiserait que des
taches exactement rep~titlves s'exposerait à lalsser
de coté une partie du travall dont l'i~po~tance serait
redhibitoire.
Le but de l'lnvention est de fournir une installation
auto~at1s~e qui sol~ capable de traiter, sans les
déplacer, des obJets que leur forme, ou le traitement
qu'ils dolvent subir rendent, en g~néral, non rigoureuse-
ment identique, tout en laissant entre eux des resse~blan-
ceq .
~2~
-- 2 --
Un autre but de l'invention est de fournir unetelle installa-tion comprenant un atelier où les outils peuvent
être déplacés sur de grandes distances, en opéra-tion ou non,
avec cependant une préclsion et une vltesse de travail compa-
rables à celles qu'on obtient avec une installation où lesoutils ne son-t déplacés que sur de falbles dlstances.
Un troislème but de l'invention est de faire
fonctionner en simultané et de facon automatique plusieurs
moyens d'outlllaye.
Pour attelndre ces buts, l'lnvention fournit une
installation pour construire ou traiter automatiquement des
objets analogues, mais généralement non ldentlques, sans dé-
placement desdlts objets, ces objets pouvant former des groupes
assemblés. L'lnstallation selon l'inventlon est caractérlsée
en ce qu'elle comprend:
- un a-telier équipé de moyens d'outillage, de
moyens de transport capables de déplacer les moyens d'outil-
lage, de capteurs de localisation et de sulvi permettant de
connaltre l'environnement des moyens d'outillage;
- un centre de programmatlon comprenant des
moyens pour recevolr et mettre en mémoire des in~ormations
nécessaires concernant les objets à construire et/ou des trai-
tements à leur faire subir, desmoyens pour recevoir et mettre
en mémoire des caractéristiques techniques des moyens d'outil-
lage dont on peut dlsposer, des moyens pour bâtir à partlr de
ces deux sources d'information un prograrnme d'opération relatif
à un des objets, des moyens pour contrôler ce programme d'opéra-
tion par visuallsation et le rectifier en cas de besoin, puis
passer à un programme relatif à un autre des objets ou à un
programme d'assemblage d'objets, et des moyens pour mettre les
programmes en mémoire, le centre de programmation comprenant
d'autre part des moyens pour établir un programme de déplacement
des moyens d'outillage~ des moyens pour contrôler ce programme
de déplacement et des moyens pour le me-ttre en mémoire; et
.~,, .
4 '?~3~
-- 3 --
- un poste de supervision comprenant des moyens
pour recevoir les di~férents programrnes mémorisés établis
par le centre de programmation, des moyens pour détecter la
présence des moyens d'outillage et de transport nécessaires
à leur exécu-tion, des moyens pour communiquer des instruc-
tions contenues dans lesdits programmes aux moyens d'outil-
lage et de transport et des moyens pour contrôler lesdits
moyens d'outillage e-t de transport.
L'installation selon la présente inven-tion peut
en outre inclure au moins l'une des caractéristiques addition-
nelles définies dans la description qui suit.
Selon une caractéristique de l'installation
objet de la présente invention, les moyens d'outillage com-
prennent des robots.
Comme on peu-t le comprendre d'après ce qui a été
dit plus haut, l'installation est particulièrement avantageuse
dans le cas où elle fait partie d'un chantier de construction
navale, les objets étant des cellules, et les groupes d'objets
étant des blocs constituant chacun une partie d'un navire en
construction.
De préférence ]e centre de programmation comprend
- une base de données " géométriques" qui re-
çoit, à travers une interface, les données relatives aux objets
à fabriquer ou traiter,
- une base de données " outillage" qui contient
la description des possibilités des outillages,
- une base de données " pararnètres de travail''
qui contient les standards de travail,
- un poste de préparation de travail qui peut
extraire les données dont il a besoin des trois banques de
données précitées, pour préparer une séquence de travail
correspondant à un objet, qui est équipé de moyen d'exécuter
une simula-tion visuelle pour le contrôle d'une telle séquence
de travail, et qui peut également préparer une séquence de
~fR~
- 3a -
travail pour un groupe d'objets,
- une base de données "séquence de travail~'
capable de recevoir une séquence de travail depuis le poste
de préparation de travail et de la lui restituer à sa demande,
- une base de données de yestion statistique ca-
pable également d'échange dans les deux sens avec le poste
de préparation de travail,
- une banque de donnée de séquence de travail d'un
groupe, capable de recevoir une telle séquence de travail
préparé par le poste de travail et de la transmettre au poste
de supervision. - j7
.
,~.,
De pr~f~rence aussi, le poste de supervision comporte
un microprocesseur esclave relié ~ un microprocesseur
ma~tre qui fait partle du centre de programmation.
Suivant une particularlt~ avantageu3e, l'at~elier es~
désservi par une poutre por~euse moblle telle que
portique, pont roulant ou ana]ogue, et est ~quip~
d'au moins un robot formé d'un bras articul~ compor~ant
plusieurs axes de rotation et/ou liaisons coullssantes
pourvues chacune de moyens moteurs, une extrémité
du dit bras pouvant ~tre reltée~ un outil de traitement
ou d'inspection d'une pl~ce, l'autre extrémit~ du
dit bras étant reli~e a un porteur de robot pourvu
de moyens d'accrochage deconnectable susceptlbles
d'assurer une liaison mécanique directe avec llobJet
traiter ou à lnspecter, et de moyens pour assurer
une liaison mécanique du dit porteur avec la dite
poutre porteuse afin de permettre de déplacer le dit
porteur avec le bras d'un point à l'autre de l'atelier,
l'atelier comportant en outre des moyens de commande
et d'allmentatlon des dits moyens moteurs et du dit
outil, et des moyens de liaison entre les dits moyens
de commande et d'alimentation et les dits moyens moteurs.
Les moyens pour assurer la llaison du porteur avec
la dite poutre sont des moyens d'accrochage déconnectables
distincts des moyens assurant une liaison mécanique
directe avec l'objet a tralter.
Par "poutre porteuse, pont roulant, portique, ou analogue"
on d~signe un mobile qui permet de prendre un ob~et
dans l'atelier, de le transf~rer ~ vitesse élevée
~ un autre point de l'atelier et le laisser ~ cet
autre point. Parmi les moblles qui repondent à cette
définltion, les ponts roulants sont les plus répandus,
mais on trouve aussi notamment : les portiques, les
poutres, les potences, et divers engins de transport.
Une variante consiste à réaliser un portique comprenant
un ratelier porte-outil alnsi qu'une passeretle de
commande et de préparation des couples robots porteurs.
~2~
Dans ce casl le palan du pont roulant sera avantageusement
remplacé par des profils m~talliques riglde~ polyartlcules
et/ou coulissants. Ainsi donc dans le pr~sent texte,
pour simplifier, on designe n'lmporte quel de ces
engins par "poutre porteuse".
Le dlspositif de l'invention offre ]Les m~mes avantages
de vltesse et de pr~cislon pendant les moments ou
l'outil es~ en actlon, qu'un ensemble robotlque ayant
les mêmes caraceéristiques que l'ensemble constltu~
par le bras du robot et son porteur, cependant qu'il
possède les propriétés d'amplitude et de vitesse
des déplacements procurés par la poutre porteuse pendant
les p~riodes de transport.
La liaison m~canique directe du porteur, par exemple
à la poutre porteuse, peut se faire en utillsant simplement
le crochet suspendu classiquement au chariot mobile
de la poutre porteuse si celle-ci en est pourvue mai~
cette solutlon entraIne la difficult~ suivante : il
est possible actuellement d'assurer la position du
crochet dans le sens de la longueur et de la lar~eur
de l'atelier, ainsi que dans le sens de la hauteur
avec une bonne pr~cision, de l'ordre de 0,1 m depuis
la cabine de commande, mais l'orientation du crochet
dans la plupart des cas echappe au contr81e de la
cabine de commande. Le croche~ est relié ~ la poutre
du pont par un c~ble à un ou deux brins, avec interposition
1~ plus souvent d'une articulation a axe vertical,
si bien qu'une intervention humaine est nécessaire
si l'on veut orienter la charge portee par le crochet
d'une facon précise, ce qui est le cas ici. M~me si
on supprime cette articulation verticale le crochet
est soumis à des mouvements d'oscillation autour
d'un axe vertical dus au ~aible couple de rappel du
câble. ~es mouvements sont difficilement contr81ables
depuis la cabine de commande de la poutre porteuse,
si bien qu'il est difficile de déposer le porteur
dans une orlentation prevue ~ l'avance.
,
~2~
Selon une modalit~ intéressante d~ la pré~ente invention,
on pr~voit que; les ~oyens d~signés sous le nom
de "pr~henseurs" prévus sur la poutre porteuse pour
coop~rer avec les moyen~ d'accrochage correspondants
pr~vus sur le support sont reli~s au reste de la poutre
porteuse par des c~bles croisés ou par un câble vertical
qui supporte la charge, mais dans ce cas~ le pr~henseur est
pourvu d'un stabilisateur comportant un volant gyroscopique
à axe horizontal et des moyens pour faire tourner
le dit préhenseur autour d'un axe vertical par rapport
au dit stabilisateur afin d'amener le pr~henseur dans
l'orientation voulue. Le préhenseur peut, en ce qui
concerne l'accrochage du porteur, ~tre "passif" et
constitué par exemple par un crochet, et dans ce cas,
les moyens d'accrochage port~s par le porteur sont
"actiEs", formés par exemple de pinces dont les mâchoires
s'écartent pour la déconnexion. On préfère cependant
que la cabine de commande de la poutre porteuse puisse
agir à la fois sur les moyen6 pour faire tourner le
pr~henseur et sur le pr~henseur lui-même, celui-ci
étant du type "actlf" au sens indiqué ci-dessus.
Un autre polnt important pour la bonne marche de l'atlier
concerne les moyens de llaison reliant les moyens
d'ali~entation et de commande au bras de robot. On
conçoit que ces moyens de liaison risquent de gêner
les mouvements de la poutre porteuse s'ils sont en
permanence connectés aux moyens d'alimentation et de
commande et au bras de robot. D'autre part une manipulation
manuelle des moyens de liaison, pour les débrancher
et rebrancher à cha~ue déplacement opéré par la poutre
porteuse, repr~sente un travall penible et qui peut
être dangereux. Pour cette raison le préhenseur est
composé de deux éléments déconnectables, l'un de ces
3S deux élé~ents comprend un ou des enrouleurs destines
à recevolr les moyens d'allmentation et/ou de commande
du bras du robot, ces moyens de liaison étant eux-
m~mes déconnectable~ au moins en un polnt.
~2;2;~
Une autre difficulté apparaft au niveau de la nature
des moyens de laison eux-memes, spécialement lorsque
l'outil est une torche de soudage électrique agissant
sous des lntensit~s de plusieurs centaines d'amp~res,
comme cela est fr~quent au~ourd'hui en soudage automatique.
Les parasites causés par ces courants soumls ~ des
variations brusques sont de nature à perturber gravement
les signaux de commande ou d'information. Ces phenom~nes
sont touJours redoutés des constructeurs de robot.
Dans la pr~sente invention, il est prévu qu'un couple
robot porteur ~50it en travail pendant qu'un autre
couple, à proximite, soit en cours de mise en oeuvre,
en particulier en cours d'lnltialisation et reconnaissance
de ~oints qui sont des t3ches impliquant un flot d'informa-
tions important. Dans un environnement industrielil sera pratiquement impossible de garantir que le
rayonnement d'amorçuge d'arc de l'un ne se transmette
à l'autre. On préfère prévoir, dans ce cas, que les
moyens de liaison comprennent, outre le câble ou les
c~bles transmettant le courant de soudage, un ensemble
de fibres optiques qui constituent un bus, des codeurs-
d~codeurs étant prévus aux extr~mités des moyens de
liaison pour transformer les signaux optiques en signaux
électroniques et vice-versa.
Cette modalité permet d'arriver à une nouvelle simplifica-
tion de la structure de l'atelier. Selon cette modalité
on prévoit en effet que l'ensemble des moyens infor~atiques
de com~ande et de mémoire du programme est regroup~
dans un processeur unlque situé au niveau des moyens
d'alimentation et/ou de commande, le couple formé
par le robot et son porteur ne comportant essentiellement
que les dlts codeurs-décodeurs, et les moyens électriques
ou mécaniques necessaires et leurs commandes directes
reli~es aux dits codeurs-décodeurs. On dispose ainsi
d'un ordinateur de commande central qui peut être
placé dans une zone d'accès facile et où son entretien
est aisé, de preference au poste de supervision ou
à proxi~i~é immédiate de celui-ci. Le porteur et le
bra~ de robot sont simpliftes et allég~s puis~u'ils
- 8 -
ne comportent qu'un minimum d'électronique, ce qui facilite
les déplacemen~se-t l'en-tretien, les risques d'avoir à faire
une intervention humaine à l'intérieur de l'atelier étan-t
réduits au minimum. D'autre part, les boucles d'asservis-
semen-t seron-t traitées au niveau du processeur unique ce qui
permet à deux robots de travailler ensemble sur une même tâche
sans avoir à retransférer les informations de synchronisation
des trajectoires.
L'invention va maintenant être décrite plus en
détail à l'aide d'un exemple pratique, non limitatif de réali-
sation selon l'invention, relatif à un chantier naval équipé
de robots pour la soudure des éléments de blocs préEabriqués
d'un navire. Cet exemple est illustré par les dessins, parmi
lesquels:
- La Figure 1 est une vue schématique d'ensemble
en perspective de l'atelier;
- La Figure 2 est une vue en perspective d'un
couple robot porteur;
- La Figure 3 est une vue en perspective d'un
autre couple robot porteur;
- Les Figures 4 à 8 sont des schémas de la mise
en oeuvre de l'invention;
- La Figure 9 qui est disposée sur la même plan-
che de dessins réglementaires que les Figures 2 et 3 est un
schéma de détail d'un préhenseur et d'organes qui coopèrent
avec lui;
- La Figure 10 qui est disposée sur la même
planche de dessins réglementaires que les Figures 2, 3 et 9
est un schéma du même préhenseur avec d'autres organes qui
coopèrent avec lui;
- I.a Figure 11 est un diagramme fonctionnel des
différents organes de l'atelier et du poste de supervision; et
- La Figure 12 est un schéma fonctionnel du
centre de programmation.
Pour des raisons de clarté on décrira l'ins-
f.
,~?,j,,
2~
- 8a -
tallation dans un ordre inverse de cel.ui qui a été adopté
plus haut, c'est-à-dire en commençant par l'atelier pour
finir au centre de programmation.
La Fig. 1 montre schématiquement un atelier
robotisé avec un navire en cours de construction. Un
fragment
., .
p~
1 du navlre seulement est representé avec ~n bloc
préfabrique de coque 2. Un certain nombre de cloisons
raidisseuses longitudinales et transversales divisent
l'espace en un certain nombre de compartiments 3 de
formes et dimensions variables. Une poutre porteuse
4 de pont roulant ~a ou de portique 4b circule sur
deux ralls parallèles 5~ Une partie seulement de ces
él~ments a ~té représentée en Fig. 1. La poutre 4
porte un chariot 6 pourvu d'un mouffle 7 equipé d'un
crochet 32 qui supporte un pr~henseur 8 auquel on
accroche le porteur 9. Un robot 10 évoquant la for~e
d'un bras articulé est fixé sur le porteur e~ est
~quipé d'un outil 11, ici une torche de soudage. Le
bras de robot 10 est reiié par un câble ombilical
12 à un générateur de courant de soudage 13. Le câble
ombilical 12 co~prend un conducteur pour le courant
de soudage, une fibre optique qui constitue le bus
109 de transmisslon d'information, deux conducteurs
électriques pour l'alimentation de puissance des
moteurs 103. Le bus optique 109 des générateurs 13
de soudage est connecté au superviseur (qui comprend
le processeur frontal 115~ install~ dans une salle
de commande. De la cabine de co~mande L4 sont commandés
les mouvements de la poutre 4, du chariot 6 et du
mouffle 7. De cette cablne 14 on commande en outre
le préhenseur 8 par l'intermédiaire de moyens de
transmissions symbolisés en 15.
En fait, lorsque le porteur 9 est soulevé par le préhenseur
8 comme cela est repr~sent~ sur la Fig. 1, le cable
12 est débranché et enroul~ sur l'enrouleur 16 représent~
au~ Fig. 4 à 8.
On a repr~senté en 17 un poste d'echange d'outils
ou de porteurs.
La Fig. 2 montre un couple robot porteur for~é d'un
bras de robot 10 de classe fixe et de son porteur
9. Le porteur 9 est constitu~ par une platine 18 pourvue
à sa partte lnf~rleure d'électro-aimants l~a pour
~.~2Z~3~
sa fixatlon sur le fond d'un co~partiment 3, et sur
cette platine 18, une potence verticale fixe 19 munie
à son extrémit~ supérleure d'une plèce d'accrochage
20, en fori~e de "T" qui peut coop~rer avec un organe
de prlse (telle une pince) qui fait partie du préhenseur
8. La platine 18 contient également une bobine de
fil de soudage 28, en cassette, la gaine contenant
le fil de soudage passe à travers la potence 19 pour
aller ~ la torche de soudage 11, mai~3 peut aussi passer
int~rieurement au bras 10 dans certains modes de r~alisa-
tion. ~a platlne 18 porte en outre une lembase 21 circulaire
sur laquelle est fix~ de façon a~ovible le bras robotique
qui peut tourner sur la dite embase 21 autour d'un
axe vertical9 et qui comporte de façon classique des
articula~ions et un disposltif d'accrocha~e démontable
de l'outil 11. Avantageusement la potence 19 est montée
de façon à pouvoir tourner autour d'un axe vertical,
Fig. 2. Pour éviter que cette potence gêne les mouvements
du bras, on peut lui donner la forme d'un arceau
~9, Fig. 39 placé de part et d'autre du bras 10, solution
plu6 légère que celle de la potence unique, et dans
ce cas l'arceau 29 tourne sur l'embase 21.
Des moyens sont prévus pour pro téger le bras 10,
selon la Yig. 2 des fers 22 mont~s ~ pivot sur la
potence 19 peuvent passer d'une position avancée,
où ils protègent 1~ bras 10 contre les chocs en cours
de manutention, à une position recul~e, ob ils ne
g~nent pas les mouvements du mê~e bras 10. Dans une
variante les fers 22 sont remplacés par une cloche
grillagée 25 solidaire du pr~henseur 8 et protégeant
le couple robot porteur 9, 10 pendant le transport.
Un connecteur 23 plac~ vers la pi~ce d'accrochage
permet le raccordement avec le c~ble 12, pourvu
d'une pl~ce de connecteur complémentaire. Un autre
connecteur est prévu dans l'embase 21 qui sert ~ monter
~ rotation le bras 10 sur la platine 18.
Les Fig. 4 ~ 8 montrent les différentes phases d'une
~2,~
11
op~ration de transfert de l~ensemble bras-porteur
10 d'un poste de travail à un autre.
A là Flg. 4 le préhenseur 8 porte l'enrouleur 16 sur
lequel es~ enroulé le c~ble 12 t déconnecté du ~énérateur
de soudage 13, ~als connecté au porteur 9. Le préhenseur
8 se ~rouve au-dessus du porteur 9 et va amorcer une
descente vers celui-cl.
A la Fig. 5 le préhenseur 8 a et~ descendu jusqu'au
porteur 9 et l'accrochage de ces deux éléments a été
realise. Le préhenseur 8 a ensuite ét~ élevé avec
l'ensemble bras-porteur 10, 9, qui se trouve au dessus
du sol, en cours de déplaceoent vers le nouveau poste
de travail.
A la Fig. 7 le préhenseur 8 séparé du porteur 9 a
été élevé puis a~ené au poste de commande, entrainant
derrière lui le câble 12 qui s'est deroul~ de l'enrouleur,
celui-ci tournant librement. Un connecteur 24 porté
par l'enrouleur 16 es~ relié ~ l'extrémité du câble
12 qui est opposé au porteur, a été branché sur le
génerateur de soudage 13 si bien que le bras robotique
10 peut commençer ~ travailler.
A la Fig. 8 le prehenseur a été déconnecté de l'enrouleur.
De ce fait, le préhenseur 8 et tout le pont sont libérés
pour d'autres opérations.
Quand l'ensemble bras-porteur 10, 9 aura fini d'operer
dans son poste de travail, le préhenseur 8 reviendra
accrocher l'enrouleur, qui aura été d~connecté du
générateur de soudage 13 ou le sera ensuite, puis
le préhenseur 8 est transf~re dans une position telle
que représentée ~ la Fig. 4. On notera que l'enrouleur
peut être du type à rotation libre et ressort d'enroule-
ment. Le câble 12 reste donc sous tension pendant
que l'enrouleur se rapproche de la posltion décrite
~ la Fig. 4.
3~
12
Le généra~eur de courant de soudage 13 est équipé
pour recevoir l'enrouleur en assurant la connexion
du c~ble ombilical 12 gr~ce à une embase tronconique
élargie vers le haut~ et pourvu de moyens pour le
branchement ~utomatique des différents éléments du
c~ble ombilical 12 : bus optique, câble de puissance
~lectrique, gaz protecteur 9 eau de refroidissement
etc.. Les informations amenées par le bus optique
sont transmises à un "superviseur" placé dans un poste
de commande et dont la structure sera décrite ci-
apres.
Dans une version simple, le porteur est Eixe et les
~euls actionneurs dont ll dlspose sont des électro-
aimants 18a, ou autres moyens d'accrochage sur une
surface support du poste de travail pour son immobilisa-
tion au lieu de trava11. Les mouvements de l'outil,
au poste de travail sont assurés par le seul bras
de robot qul a les degrés de libert~ nécessaire.
~0
~e por!teur 9 peut aussi être mobile en ~tant équipé
de pieds qui peuvent se déplacer pas à pas et sont
munis de moyens d'accrochage sur une surface support.
Pour une bonne qualité du travail on doit prévoir
soit d'arrêter l'outil pendant le déplaceqment du
porteur 9 ce qui n'est pas tou~ours possible, en soudage
notamment, soit de faire des petits pas et compenser
les mouvements discontinus du porteur par des mouvements
appropri~s du bras de robot, notamment du poignet
3~ lOa, ce qui est une complication au niveau des moyens
de col~mande, mais aussure la précision du résultat.
Dans une variante interessante, le porteur est en
deux parties dont l'une est fixe et constitue un rail
ou un chemin de déplacement pour l'autre partie qui
peut alors se déplacer de façon continue pendant le
travail. La partie fixe peut ~tre une poutre rigide
fixée soit au fond d'un compartiment 39 soit au sommet
de deux cloisons raidisseuses limitant un compartiment.
La partie fixe peut ~galement être une poutre souple
~%~
13
du type "BVG-O" commercialis~e par la ~oci~té HOBARD
qui ~pouse la surface support , et qui porte des
saillie6 telle une cr~malll~re. La flxation de ces
poutres pe~t comprendre des ventouse~ magn~tiques
ou ~ dépression, QU bien des pinces ~ tôle en prise
avec des saillles ou des clolsons raidisseuses avec
éventuellement, dans le cas de poutre rigide, des
étals télescopiques pour un positlonnement ~ hauteur
convenable. Ces moyens de fixation peuvent être eux-
~êmes déplaçables, permettant par exemple le d~placementd'une pou~re rigide perpendlculairement ~ elle-meme
sur le sommet de cloisons entre compartiments.
La seconde par~ie d'un tel porteur est un chariot
LS qui se déplace le long de la poutre, et supporte le
bras de robot. On peut pr~voir des poutres pourvues
de rallonge~ si cela est nécessaire. ~e choix d'un
porteur ou d'un autre est du ressort d'un bureau des
méthodes, et l'échange des porteurs s'effectue au
poste d'~change 17 d'outils et de porteurs, qui comporte
un ~tockage d'un certain nombre de porteurs de diff~rents
types, interchangeables pour un m8me bras de robot.
Le me~e poste d'~change 17 con6titue également un
magasin pour les outils de différents types. Parmi
ceu~-ci on peut prévoir notamment : une torche de
soudage "MIG/MAG", une torche "TIG", des dispositifs
de découpage de t81e, de préparation de chanfrein,
d'ébarbage, de meulage, de gougeage, de contrôle optique,
de contrôle par ultrasons, par gammagraphie, etc..
Comme on l'a lndiqu~ plus haut, un appareil d'inspection
optique peut benéflcler d'une électronique simplifiée
VI, Fig. ll.
La ~ig. 9 est un schéma ~claté de détail d'un modèle
du préhenseur 8 et des organes qui coopèrent aYec
lui. La préhenseur 8 comprend un carter supérieur
30, pourvu d'un axe support 31 destin~ à coopérer
avec le crochet 32 du pont roulant, supporté par le
mouffle 7 suspendu au câble porteur 33. Le carter
14
comporte des ailes 34 qul ~ont fixées par des vis
(non représentees) aux bords d'une plaque stabilisatrice
solidaire du mouf~1e 7. Lc carter 30 porte par
l'ineermédiaire d'un arbre vertlcal 36a une pla~ine
S tournante 36. A l'int~rleur du carter 80nt plac~s,
un stabi1isateur gyroscopique composé d'un rotor à
axe horizontal 37 entraIn~ en rotation à grande vltesse
par un moteur 38, et un motor~dwcteur 39 entraine
en rotation la platlne 36. Ici on a prévu un stabilisateur
gyroscopique~ mais é~ldemment ll n'est pas le seul
stabllisateur possible.
A la face inférieure de la platlne tournante 36 sont
fix~s deux dispositifs d'accrochage ~ verrou électromagné-
lS ~ique 40, 41. Le premiar est construit pour coopéreravec la pièce d'accrochage 20 du porteur 9, Fi8. 2.
Le second, de constructlon analogue, est conçu pour
coopérer aYec une plece d'accrochage analogue 42 solidaire
de l'enrouleur 16. Le c~ble de llaison 12 sort lateralement
de l'enrouleur pour aller au connecteur 23 port~ par
la potence 19 du porteur 9. L'enrouleur 16 comporte
à sa base une prlse 24 à enclenchement automatique
: lorsque l'enrouleur 16 est déposé sur un support
appropri~ du générateur de soudage 13~ le câble 12
est automatique~ent connecte. Rappelons que ce câble
comprend le bus optique 109 qui est reli~ au processeur
central 115 par le connecteur 119 lorsque la prise
24 est enclenchée. Le c~ble 12 comprend en outre les
conducteurs d'alimentation en énergie des divers action-
neurs du porteur et du bras de robot, du conducteurde courant de soudage, des condultes de gaz de protection
de soudage, de fluide de refroidlssement etc.
I,e préhenseur 8 est aliment~ en ener8ie et signaux
de commande par un c~ble 15 relié ~ la cabine 14 du
pont roulant 4.
Une prise déconnectable 43 port~e par la plaque stabilisa-
trice 35 permet d'interrompre la liaison si on désire
utiliser le crochet 32 en ayant enleve le pr~henseur
~.
La Fig. 10 est relatlve a une variante du préhenseur
et son mode de flxation. Ce pr~henseur 26 est relié
au chariot 6 de la poutre porteuse 4, non plus par
un moufEle 7 suspendll ~ un c~ble porteur 33, mals
S par une tige t~lescoplque 27 de pr~f~rence à sectlon
carrée qui rend inutile la présence d'un stabilisateur
t~lescopique. Une telle tige 26' est repr~sent~e en
Fig. 1 en liaison avec le portique 4b.
On observe sur cette Fig. 1 que le portique 4b est
d'une largeur assez importante. Cela correspond au
fait que le poste 17 d'échan~e d'outlls et de porteurs
a ~t~ dlsposé dans ce port~que, plutôt que sur le
bord de l'atelier. Cette variante, un peu plus perfection-
n~e permet des gains de temps appréclables au casob les changements d'outil ou de porteur sont fréquents.
La Fi~. 11 est un schéma de blocs opto-électronlques
d'un mode préféré de réallsation particulière de l'instal-
lation. Sur cette figure la partie sup~rieure représentedes éléments mobiles et la partie lnférieure des ~léments
fixes, la liaison entre les deux sérles d'éléments
étant assurer par l'interm~dialre du c~ble de liaison
12.
Les él.éments mobiles comprennent un élément porteur
Pl, un el~ment ~ras robot Rl et ~acultativement un
élement vision Vl. L'ateller est équipé de plusieurs
ensembles porteur-robot, 11 y a donc plusleurs élements
analogues tels que Pl, Rl, Vl, etc.. Ces éléments
sont interchangeables.
Les ~léments fixes comprennent le poste de supervlsion
ou "supervlseur" de commande UC, et dans le cas ou
l'outil est un outil de soudage, une unité de soudage
US .
La strllcture des el~ments porteur Pl et bras robot
Rl est sensiblement la m8me : pour chaque mouvement
2~
..,
16
possible . rotation7 coulissement ~ventuelle~en~ suivant
deux dlrections, ~lse en action d'~lectro-almants,
etc., un actlonneur 101 command~ par une earte de
puissance 102 reli~e ~ une ali~entat~on 103 et un
capteur 104 80nt rell~s ~ une interface ~/S 105 sans
constituer une boucle d'asservl~sement, cette dernière
~tant report~e au nlveau de ~upervlseur. Cette disposition
évite les lnterférence~ de parasites dans ce~te position
sensible. Toutes les interf~ces de l'~l~ment porteur
P1 ou de l'~lément robot Rl ~ont reli~es ~ un d~codeur-
multiplexeur-démultiplexeur co~mun 106, 107 qui transforme
le8 signaux ~lectriques en signaux optlques et vice
versa. Les signaux optlques passent à travers un connecteur
optique 108 vers un bu~ optique 109. Le c~ble de :Lia1son
12 co~prend le bus optique 109 dans sa partie centrale.
Il comprend egalement les c~bles d'allmentation ~lectrique
de puissance de~ actionneurs. Il co~prend encore,
dans le cas de soudage, le cable d'alimentation en
courant de soudage, eventuellement des conduites de
gaz de ~oudage, de fluide de refroidissement, etc.
L'~l~ment vision V1, quand ll e~t pr~vu, peut co~prendre,
au lieu d'une camera vid~o~ une opt~que 110 dont les
informatlons qu'elle ~rensmet sont envoy~es au bus
optique 109 apr~s pa~age dan~ un codeur optique 111
sans ~tre transformée~ en signaux ~lectriques. L'~l~ment
Vl comprend en outre un la~er 112 relié à une allmentatlon
103 par une interface 113 elle-même reliée au codeur
optlque 111.
L'él~ment essentiel du poste de supervislon UC est
un processeur frontal 115 de ~rande puissance, pourvu
d'une m~moire de masse 116. Le processeur 115 est
reli~ par l'interm~diaire d'un ensemble à microprocesseurs
multiples 115a qui assure les boucles d'asservissement
à un multiplexeur-d~ultiplexeur-décodeur 117 qui
transforme le~ signaux i3~US de l'ensemble 115a en
signaux optlque~ et vice versa, et qui est connect~
une partie 118 du bus optique, laquelle est reli~e
au reste du bu~ optique 109 ~ traYer~ un connecteur
L
17
optique 119 qui fait partie du connecteur 24. Le proce3seur
~ron~al 115 est en o~tre reli~ ~ un processeur raplde
1209 qui tralte les signaux provenant de l'optique
qui passsent ~ traver~ un d~multiplexeur optique 121
et un dl~positif de traltcment des ~ignaux optique~
122.
Un des polnts importants de l'invention porte sur
le centre de programmation. La masse d'informations
~ fournir aux couple~ robot~ porteur~ provient de
deux ~ource~ dif-f~rente~ :
- extérieures ~CFA0, operateur),
- salsies locales (acquise~ par le robot lul-m~me
~ur le lieu de travail en temps r~el)
Le syst~me robotisé est rell~ ~ une base de données
CFA0 200 existante qui peut être le systeme connu
sous le nom de "SIC~N" (Système Informatique pour
la Conception et l'~tude du Navire), qu'on ne decrira
pas ici.
Le centre de programmation 212 permet la mod~llsatlon
d'un quelconque type de robot, la simulation graphique
de ses t~ches, la programmaelon automati3~e hors ligne
de celles-ci, par repr~sentatlon graphique e~ ~ans
intervention en atelier et enfin l'ordonnancement
de toutes leg alvéoles du bloc.
Pour cela, le préparateur, install~ dans un poste
de programmation 212 relié aux diff~rents bases de
donn~es, di~po~e d'outll3 slmples pour dialoguer et
concevoir les t~che~ ~ falre r~aliser par le robot
(langage ~volu~ crayon lumineux, menu, etc..) non
représent~. Il dispo~e aussl de moyens de visualisatlon
208.
Le centre de programmation, ~ partlr de la base de
donn~es CFA0, fournit l'ensemble des informations
nkcessaire~ au fonctlonnement automatique des robots
dan~ l'atelier.
18
Les information~ issues de la base de donn~es CFA0
sont consid~rées comme théori~ues : par conséquent
le travail du centre de programmation n'est qu'une
conceptlon th~orique de3 t~ches. Le po6te de sup~rvision
a pour charge d'adapter l'ensemble de ces informations
à son environnement r~el dans l'atelier.
La préparation des informations d~f:Lnissant les taches
que le couple robot porteur reali~e ne donne jamais
lieu à un retour d'informations du poste de supervision
vers la CFA0.
Les consignes de fonctionnement indispensables du
centre de program~ation sont répertori~es en :
- consignes de tra~ectoire (outll)~ géométrie, vi~esse,
deplacement d'une zone de travail à une autre~
- consignes de travall ~ ex~cuter,
- consignes de posltionne~ent (porteur~, point d'indexa-
tion,
- consignes d'intervention opérateur, dialogue opérateur
- UPRT,
- etc.
Les moyens de v~riflcation par visualisation et par
simulation au niveau de la cellule sont :
- verificatlon des consignes et tra~ectoires,
- vérification des consignes de travail,
- Yerification des consignes de positlonnement,
- vérification de l'ad~quation des moyens mis en oeuvre
pour réaliser la t~che,
- vérlfication de la coh~rence de l'ensemble des tnforma-
tlons,
- etc.
Les consignes peuvent ~tre modifiées.
I,es informations théoriques déflnissant les séquences
de travail à réaliser par les robots sont memorisées
par bloc dans une base de données ~ partir de laquelle
l'operation est r~alis~e. Toutes les informa~ions
19
sont transférees sur un support matériel (disque,
ruban, cassette) et ensuite transmises au superviseur, ou
peuvent ~tre transmlses dlrectement au supervi~eur.
La gestion statistique permet de comptablliser et
de g~rer les s~quences de travail (longueurs de parco~rs,
temps, etc..) et les couples robot-porteur dans chaque
alvéole.
L'interEace CFA0 informatique 20~ permet la liaison
avec n'importe quelle CFA0 existante au niveau amont
de la conception de la structure du navlre. La CFA0
peut être le systeme SICEN. La modularité de cette
lnterface permet son adaptabilit~ à d'au~res systèmes
de CFA0.
Les inEormatlons géométriques, topologiques et de
travail générées dès la conceptlon et extraltes par
l'interface sont ~morls~es dans une base de données
dite "g~ométrique" 203. L'entité cvncern~e sera le
bloc de structure métallique.
A par~ir d'un ~cran alphanumérique et graphique 208,
l'opérateur a la possibilit~ de donner le num~ro du
bloc de structure métallique dont les éléments sont
extraits de la CFA0.
L'interface ef~ectue le transfert et les transformations
nécessaires.
La CFA0 existante peut être éventuellemen~ complétee
par des inEormztlons sp~clfiques ~ l'application "robotisa-
tion du soudage".
La base de données géométriques est remplie par les
programmes de l'interface avec la CFA0 et consultée
; par les programmes de préparation et/ou de simulation
des t~ches de travall. Elle contlent les informatLons
g~ométriques, topologiques et de soudage extraites
de la CFA0, de tous les ~l~ments (tôles, proEilés,
goussets, etc..) permettant la reconstitution du bloc
~22~
en trois dimensions (3D).
Les programmeB lnfor~atiques de descrlption des couples
robot porteur 204 permettene la descrlption des morpholo-
gles et des cln~matlque~ des couples utlllses. Lesinformations ainsl g~n~r~es 30n~ m~orls~e~ dans une
base de donnees nommée "base de donn~es descrlptive
des robots", 205.
La descrip~ion de la morphologle de~q englns de soudage
est faite par assemblage de volumes g~om~trl~ues standards
(parallél~pi~ède, tronc de cone, etc.) constituant
l'outil, les bras, le porteur. Un langage lnformatique
de la description est mls à la di~posltion du pr~para~eur.
La description de la cln~matlque permet la représentatlon
graphique de l'~volution des mouvements d'un couple
robot porteur. Elle prend en compte les capacites
de tous les degre3 de llbert~ et les 1018 qui régissent
chaque artlculatlon,
La base des donn~es descriptives des couples robot
porteur est remplie par les programme~ de description
des couples robot porteur et con~ultée par le logiciel
de si~ulaeion. Cette ba~e de donn~e~ contient toutes
les information~ g~ométriques et cln~matiques de tous
les ~léments constitutifs des diff~rents couples pouvant
~tre utilis~8.
Les programmes de description des standards de travail
206 permettent ~ partir de tableaux, l'établissement
de liaisons standardls~es entre les differents types
de paramètres. Les lnformations ain6i g~n~r~es sone
mémorisées dans une base de donn~es nommée "base de
données des standards de travail" 207.
L'établissement des relations ~tandardis~es est fa~te
par liaisons hi~rarchis~s entre les diff~rents param~tres,
en fonction de~ lois u~uellement employees clans les
me~hodes de travail de la constructlon navale.
122%~?~01
Ces relatlons 80nt standardis~es mals non flg~es.
~es programmes permettent la ~odlfication ou le re~place-
ment d'un ou plusieurs paramè~res de la llai30n hierarchi-
s~e en fonctlon des be~oins specifiques
La base de donnée des standards travail est re~plie
par les programmes de description des standards et
consultée par les programmes de préparationdes séquences
d~ travail. Toutes les lnformatlons d~finissant les
relations standar~isées entre les dlff~rents types
de paramètres y seront m~moris~es.
~a pr~paratlon des t~ches de travail est faite ~ partir
d'une représentatlon graphlque tridlmenslonnelle 208
du bloc ~ traiter. Cette représeneation graphique
comporte tous les éléments du bloc (tôles profil~s,
goussets, ~ontant~, etc.). Aucun trace n'est caché,
ils sont ~ventuellement représent~s en pointlllé~ dan~
leur partie cachée. Les possiblllt~s graphlques sont
le grosslssement, la rotatlon de l'ensemble représenté,
l'interactlvite, la surbrlllance sélective.
Les program~es de pr~paration des tâches de travail
à faire réaliser par les robots permettent la réalisation
des opérations suivantes et leur encha~nement.
L'initlalisation de la base de donn~es des s~quences
de travall 209 comporte la tran3mi3slon dans la base
de données de l'identlfication du bloc à souder sous
forme de message operateur, transmis au supervlseur
(voir Fi8. 12), par exemple sur un support matériel
(disquette) 214, ou dlrectement.
Sont transmlses par le même prlnclpe, la liste des
éléments des moyens prévus par la préparation pour
la realisation des ~quences de travail et la slgnature
du bloc (capteurs, vi~ion, etc.)
La r~alisation du positlonne~ent du bloc ~el qu'il
2 2 ~ .J~
est pr~sent~ en ateller 81 appule sur les po~sibilit~s
du logiciel ~raphique (re~ournement par exemple).
Les r~sultats 80nt transmls dans la base de donn~e
"séquence de travail" 209, puis ~lu superviseur pour
~rificatlon de la posltion en pr~paration du bloc
en atelter.
Des points d'indexaticn d~flnlssent la position des
capteurs ~ultrasons, lnfrarouges...) permettant de
situer le bloc dans l'atelier. La reconnalssance du
r~f~rentiel lié au bloc dans le r~f~rentiel lié
l'atelier permet au superviseur de d~cecter la position
du bloc et d'effectuer toute~ le~ transformatlons
n~cessaires des definitlons g~om~triques de~ ~léments
~t81es, profilés..).
Le cholx du posltlonnement de ce~ trols élements est prlvi-
légle (~oints~ liaisons ..).
L'alvéole ou cellule est l'entlté ~lémentaire du bloc.
Elle est limlt~e par des t81es ou des profiles et
est définie par la pr~paration. Elle d~limite la zone
de travail d'un robot par frontlères. Toutes les cellules
ainsi d~finles dans un bloc sont identifiées par leurs
frontières répertorlée~. La llste des cellules est
tr~nsmise au pr~parateur pour contrôle de la pr~paration
des séquences sur tout le bloc et pour 1 ' alde à l'ordonnan-
cement du bloc.
La cellule cholsie dan~ le bloc est extralte vlsuellement
par effet de bofte à partir de la représentatlon graphlque
tridimenslonnelle du bloc. Une information sur les
dimentlons de l'alv~ole est indiquée sur l'~cran.
Une fois cette operatlon effectuee, le programme établit
la liste de l'ensemble ~e~ zones à tralter dans la
cellule et assocle ~ chacune les paramètre~ fournis
par la CPA0 (SICEN).
2 ~ 2f?~0
23
L'e~tractlon et le traite~ent d'une zone s'effectue
à partir de la repr~sentatlon graphlque tridimensionnelle
de l'alv~ole. La zone e~t sélectiQnnée (par crayon
de sais:Le par exemple). Sa définltion graphique appara~
en surbrillance. Son identiflcation dans la liste
des ~oints de l'alvéole doit ~tre dlstlncte des autres
ldentificatlons.
La sélection d'un Joint de soudure est effectu~e en
désignant le point de ~part du cordon de soudure à
r~aliser.
D'une part, le programme -dolt déduire automaticluement
de la base de donn~es g~ometrlque 203, l'envlronnement
de travall : cette informatlon apparaft ~ 1' écran
pour permettre une correction éventuelle de cet environne-
ment sur l'initlatlve du preparateur , d'autre par~
~ partir des lnformatlons mémorls~es dans la base
de données des standards de travail 206, 11 déduit
l'ensemble standard de~ parametres ~ affecter ~ la
zone s~lectionnee : cet ensemble apparaitra aussi
~ l'écran graphique et pourra ~tre ~ventuellement
modif~é.
25 Toutes les lnformations alnsl g~nérées sont me~0risées
dans la base de données des s~quences de travall 209.
Une baae de données 'Igestion ~tatistique" 210 se
trouve enrichie de nouvelles lnformatlon de te~ps,
30 de longueurs et autres.
Une base de données "standard de s~quence de travall"
?ll est aussl mise ~ ~our.
35 La vérification et l'organlsatlon des séquences sur
l'ensemble des zones de l'alv~ole est faite par programme.
Cela permet au pr~parateur de verifier que toutes
les zones à traiter par les robots sont trait~es et
d'organiser, en fonction des méthodes, la suite logique
dea séquences de travail par d~signation des zones.
?~
?4
Les bases de donn~e~ 209, 210, 211 seront ~ises
~our et enrlch~es des informations ainsi g~n~rées.
Le cholx du couple robot porteur est effectu~ ~ partir
de la base de donn~es de~crlptlve des couples et de3
dimentlons de l'alvbole ~ traiter. Une fois choisl
il est positlonn~ au mieux dans l'alv~ole.
Le programme doit effectuer tous les calculs permettant
de savoir sl les dimen3ions du couple s~lectionn~
et celle de l'alveole sone compatibles.
Ces opérations effectu~es, le~ informatlons d~finlssant
le couple choisi, sa position et 80n orientation sGnt
m~moris~es dan~ la ba~e de donn~es travail du bloc.
Les traJectolres d'accès aux s~quences sont les traJectoi-
res sul~les par le couple. Elles permettent d'approcher
rapldement la position de départ du travail.
Dans le cas de franchis~ement d'obstacles, le pr~parateur
adapte des traJectolres ~tandardisées, paramé~r~es
et préalablement d~crites, pour r~allser la liaison
entre zones. ~es opérations effec~uees, une vbrification
de toute~ les liaisons entre zones devra etre réallsée
par le programme.
~a simulation et la v~rification d'exécution permettent
la ~erification de~ mouvements du couple executan~
les s~quences, préc~de~ment ~tablles pour une alvéole.
Cela permet, d'une part de détecter toute collision
in~empestlve, toute lnacces~lbilité, et d'autre
part de diminuer sensiblement les temps d' immobili~ation
des robots dans l'atelier et de travailler en toute
sécurit~.
~es modiflcations de ~équences sont possibles, suite
aux indications du programme de simulatlon.
Cette v~rifiaation effectu~e, la base des donn~es
"soudage du bloc" est mise à Jour d~flnitlvement
pour l'alvkole. ~a base de données ",~estion ~tatistlque"
et "séquence standard" ~ont eventuellemant mi~es à
~our.
Toutes les alveoles ayant été trait~es, le pr~parateur
dispose d'un outll informatique lui per~ettant de
vérlfier que toutes les alv~oles ont éte tralt~es
et d'en reali3er l'ordonnancement. Les bases de donnees
"gestion 6ta~istique" et "soudage du lbloc" sont enrichies
de ces lnformations. ~a base de donn~es "standard
de s~quences de travail" est remplie par le préparateur
lors de la pr~paration des s~quences de soudage dans
une alvéole. ~lle m~orlse toutes les sequences de
travail ~ugées ~tandards.
Ces séquence~ standardisées sont utilisees soit pour
d'autres zones 30it pour d'autres alvéoles d'a~pects
topologiques semblables. Elles peuvent être utillsées
d'un bloc à l'autre.
La base de donn~es "gestion statlstique" contient
toutes les lnformations concernant :
- le nombre de zones de travall,
- les caractérlstlques des zones (longueur, surfaces,
etc..) dans un bloc (multi-passes incluses) pour
un navire,
- les temps de r~alisation dans une alvéole, dans
un bloc pour un navire,
- les temps de ~ravall,
- les ~emps moyens entre panne (Mean Time Between
Fallure).
Cette base de donn~es eRt évolutive, la lista des
informations n'étant pas exhaustive.
La base de donnees "travail" ast remplie par les programmes
de préparation, ~lmulatlon, ordonnancement et consultée
par le programme de gen~raeion de commande et le programme
26
de formattage. Elle m~morlYe toutes les lnformatlons
decrites pr~c~demment.
L'ensemble des com~andes ex~cutables par le superviseur
sont les sui~ante~ pour un bloc :
5 - co~andes de gen~ration de message~ sur le pupitre
du robot pour :
. vériflcation de la conformit~ du bloc (par
signature et/ou identiflcatlon),
. v~riflcation du positionneTIent du bloc dans
l'atelier~
. v~rification de la presence de l'ensemble
des moyens n~ceQ~alres à la reallsation
des t~ches de 30udage,
- commande~ pour initlalisatlon du porteur (inde~ation),
commandes pour positionnement de l'engin de soudage
et désaccouplement~
- Commandes d'exécutlon des séquences par blocs d' informa-
tions, permettant des reprlses eventuelles en ca~
d'arrêts,
- co~mande pour perme~tre au moyen de transport de
reprendre l'engin de soudage ee le positionner dans
une alv~ole voisine en tenant compte de certaines
impossibilit~s (alv~ole3 occult~e~),
- gén~ration du graphe des alv~oles permettant d'ordonnan-
cement des t3ches de~ engins de soudage.
La centrale de programmatlon alnsi conçue réalise les
ob~ectifs sulvants :
- elle d~charge le superviseur de toute la conception
des ~quences de travail,
- elle per~et un travall en ~emps masqu~,
- elle permet le maximum de v~riflcation avant l'exécutlon
des t3ches en atelier,
- elle permet de s'affranchir du problème de langage
spécifique des robots.
