Procédure assistée par robot de caractérisation structurelle et compensation de la déformation d'un outillage aérospatial

L’utilisation de robots dans les domaines de l’usinage et de la fabrication est en expansion : lesrobotsontunegrandeflexibilitéetleurgrandnombrededegrésdelibertéautoriselafabri- cation de pièces complexes. Cependant, les robots sont moins rigides que les machines-outils à commande numérique traditionnelles et ont donc tendance à se déformer. Cela entraîne des erreurs de positionnement par rapport à la trajectoire planifiée. La calibration robot, c’est-à- dire l’ensemble des processus permettant d’améliorer la précision des robots, constitue donc un problème d’intérêt pour les chercheurs. Les procédures de calibration sont orientées pour compenser les déformations du robot. Mais la pièce usinée ou manipulée peut également subir des déformations provoquées par les ef- forts mis en jeu dans le procédé considéré. Dans le secteur aéronautique où les tolérances sont serrées, ces déformations peuvent entraîner la non-conformité des pièces. C’est le cas par exemple lors de l’assemblage des ailes d’avion où les différents éléments peuvent se dé- former, ce qui peut nuire à la qualité finale de l’assemblage. Le procédé de placement de fibres automatisé pour la fabrication de pièces composites aéro- nautiques nécessite des outillages, dont la production représente une part majeure du coût pour ce procédé. Ces outillages doivent présenter une bonne qualité de surface et des proprié- tés mécaniques adaptées, tout en restant légers pour faciliter leur manipulation. Caractériser le comportement mécanique de ces outillages peut permettre d’en optimiser la conception, d’en réduire le poids et par conséquent d’en diminuer le coût de fabrication. Ces deux exemples montrent la pertinence d’étendre les processus de calibration à la com- pensation des déformations, non seulement des robots, mais aussi des pièces impliquées dans les procédés étudiés. L’objectif de ce mémoire est de développer une procédure robotisée de caractérisation struc- turelle et de compensation de la déformation d’un outillage aérospatial. Cette procédure nécessite un outil de mesure de déplacements, dont les choix de conception sont présentés et justifiés. Cet outil est capable d’appliquer un effort tridimensionnel et il intègre la métrologie laser pour déterminer le déplacement induit par cet effort. Il est utilisable directement sur site industriel et permet de caractériser la déformation sans modifier structurellement la pièce étudiée. Son fonctionnement est validé sur un outillage de placement de fibres automatisé spécialement conçu à des fins de recherche. Il est montré que les déplacements générés avec le dispositif expérimental ne sont pas assez significatifs sur les axes transversaux pour conclure sur le fonctionnement du système. En revanche, on montre qu’on est capable de mesurer les déplacements sur l’axe vertical avec une erreur moyenne globale de 7 % par rapport aux valeurs prévues par la simulation par éléments finis prises comme référence.