Dispositif positionneur pour tête de
soudage ou de rechargement de pièces usinées.
Dispositif positionneur pour tête de soudage ou de rechargement de pièces usinées
La présente invention concerne un dispositif positionneur pour positionner de façon précise et continue une tête de soudage ou de rechargement portée à l'extrémité d'une potence relativement longue.
Un problème de positionnement de ce genre se pose par exemple pour le sondage de tubulures en acier sur les piétements d'une cuve de réacteur nucléaire. Des tubulures pour une telle cuve ont communément un
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telles tubulures sur les piètements de la cuve, il faut introduire la tête de soudage à l'intérieur de la tubulure et du tourillon creux d'un manipulateur, sur une longueur
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positionneur est celui du rechargement intérieur d'une tubulure avec du feuillard en bande.
Les dispositifs positionneurs connus font appel à une boucle d'asservissement par laquelle un_ décalage relatif de la tête de rechargement par rapport à sa position correcte produit un signal de correction qui.commande le dispositif de déplacement de la tête pour la ramener dans une position correcte par rapport
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mouvements alternés avec jeux et présente non seulement un temps de réponse et de déplacement non négligeable, mais également un seuil de fonctionnement minimum en deçà duquel le système ne répond pas. La précision du
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est donc limitée. Ce manque de précision s'accentue encore et devient inadmissible quand on travaille sur des chanfreins à souder ayant des rayons de courbure de quelques mètres, situation qui s'aggrave encore s'il s'ajoute des variations sensibles de température.
L'invention résout le problème de réaliser
un dispositif positionneur capable de positionner une
tête de soudage ou de rechargement de façon continue
et rapide avec grande précision, quelles que soient les irrégularités tridimensionnelles du travail.
Le principe sur lequel est basé le dispo- sitif suivant l'invention est que ce dispositif suit verticalement la pièce à travailler par gravité, ce qui évite tout mouvement oscillatoire et assure à tout moment la précision voulue sans retard aucun et sans limite. Pour les déplacements horizontaux la gravité est remplacée
par une force importante pneumatique ou provenant d'un ressort et qui n'agit que dans une seule direction.
Compte tenu des applications envisagées, les problèmes à résoudre dans la réalisation d'un dispositif positionneur convenable sont :
a) rattraper automatiquement les jeux dus à des différences de diamètre (usure) ou des variations de température par exemple, b) éviter toute vibration qui réduirait la précision du positionnement.
Le dispositif positionneur suivant l'invention est agencé pour résoudre tous ces problèmes, assurant ainsi un positionnement continu remarquablement précis dans tous les cas possibles.
Ces problèmes sont résolus suivant l'invention par un dispositif positionneur comprenant un bloc de support sur lequel est monté le bras perte-tête, et un bras monté sur le bloc de support parallèlement au bras porte-tête de manière à pouvoir pivoter dans un plan vertical, le bras de positionnement portant à son.extrémité libre au moins deux galets de positionnement. Un dispositif de retenue relie le bloc de support et le bras de positionnement, ce dispositif ayant un- premier état pour lequel ledit bras de positionnement se trouve bloqué dans une position relevée lorsque le dispositif de positionnement est au repos, et ayant un deuxième état pour lequel ledit bras de positionnement se trouve libéré.
Un dispositif de rappel relie le bras de positionnement et le bloc de support afin de maintenir ledit bras de positionnement tiré axialement vers le bloc de support en position de travail lorsque le dispositif de retenue se trouve dans son deuxième état. L'extrémité du bras porte-tête, adjacente à ladite tête, est reliée au bras de positionnement par un moyen de couplage exerçant un effort de poussée ou de traction sur le bras porte-tête, quels que soient les mouvements relatifs des bras porte-tète et de positionnement dans les trois directions de l'espace.
L'invention est exposée avec plus de détails dans ce qui suit, avec référence aux dessins joints sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en élévation d'une forme de réalisation du dispositif suivant l'invention, en position de repos;
- la figure 2 est une vue de bout du dispositif en position de repos;
- la figure 3 est une vue en élévation du dispositif de la figure 1 en position de travail sur une surface cylindrique;
- la figure 4 est une vue de bout du dispositif en position de travail; - les figures 5 et 6 sont des vues, respectivement en élévation et en plan, illustrant une variante d'exécution du dispositif de la figure 1.
Sur les figures 1 à 4 le dispositif positionneur 10 suivant l'invention est équipé d'une
tête de soudage 40. Sur les figures 1 et 2 le dispositif positionneur 10 est montré en position de repos, partiellement engagé à l'intérieur d'une tubulure cylindrique
20 devant être soudée sur un piètement formé sur le
corps d'une cuve de réacteur nucléaire (non'montrée),
Le disppsitif positionneur 10 se trouve fixé à l'extré- mité d'une potence 30 qui a couramment une longueur appréciable (7 à 10 mètres par exemple). La tête de soudage 40 débite un fil de soudure 41.
Le dispositif positionneur 10 comprend un bras de positionnement 1, un bras porte-tête 2 et un dispositif d'entraînement 3 pour déplacer le bras portetête 2 suivant trois directions : la direction axiale de la tubulure 20, la direction perpendiculaire à la direction axiale dans le plan du dessin et la direction perpen-.. diculaire au plan du dessin. Le bras de positionnement 1 porte à son extrémité libre deux galets de positionnement
11 et un dispositif d'arrêt 12 dont on verra les rôles plus loin. A son autre extrémité, le bras de positionnement est monté sur un bloc de support 31 fixé à l'extrémité de la potence 30,par l'intermédiaire d'un pivot 13,
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un ressort 14 (ou éventuellement un vérin pneumatique)
qui tire le bras 1 vers la potence 30. Le bras 1 est également lié au bloc de support 31 par un vérin hydraulique
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bras 1 attiré vers la potence 30, bloquant ainsi le,bras 1 dans une position légèrement inclinée vers le haut.
Le bras porte-tête 2 est relié au bras de positionnement 1 par l'intermédiaire d'un vérin pneumatique 21 qui se trouve actionné en sorte de maintenir un effort appliqué sur le bras porte-tête 2, mettant celuici en état de précontrainte sous flexion. Cet état de précontrainte du bras 2 rattrape tous les 'jeux-des. glissières et écrous de déplacement tridimensionnel, empêchant toute vibration du bras et partant de la tête
40, tout en permettant le déplacement tridimensionnel de la tête 40 par rapport au bras de positionnement 1.
C'est dans sa position de repos, illustrée à la figure 1, que le dispositif positionneur 10 est introduit axialement dans la tubulure 20 à souder ou à recharger. Dans cette position de repos du dispositif positionneur, le bras de positionnement 1 est incliné avec sa tête vers le haut et les galets 11 ainsi que le dispositif d'arrêt 12 sont suspendus en l'air comme le montre la figure 2. Le dispositif positionneur 10 est
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40 soit arrivée un peu au-delà de la zone de travail reprérée en 42 sur la figure 3. A ce moment, le dispositif positionneur est mis en position de travail, illustrée à la figure 3.
Pour mettre le dispositif positionneur
10 en position de travail, le vérin 17 est actionné pour libérer le bras 1 de manière que celui-ci pivote autour du pivot 13 sous l'effet de la gravité. Le vérin 17
peut même être prévu pour pousser le bras 1 afin d'accroître l'effet de la gravité. Dans ce mouvement de pivotement, les galets 11 et le dispositif d'arrêt 12 s'abaissent jusqu'à ce qu'ils viennent reposer librement sur la paroi intérieure de la tubulure 20 comme le
montre la figure 4. En. reculant la potence 30 en sorte d'extraire le dispositif positionneur hors de la tubulure
20, le ressort 14 exerce un effort de traction sur le pivot 13 et sur le bras de positionnement 1 et le disposi- tif d'arrêt 12 vient buter contre un escalier d'arrêt 43 prévu dans la tubulure 20, ce qui maintient -le dispositif positionneur 10 parfaitement en place axialement. L' escalier d'arrêt 43 est normalement réalisé dans une tubulure de réacteur nucléaire par le bord du revêtement inoxydable qui en recharge la surface intérieure. La compression du ressort 14 permet des mouvements axiaux de l'escalier d'arrêt 43 et le suivi axial du dispositif d'arrêt 12 maintenu continuellement appuyé par le- ressort
14 contre l'escalier 43. Un contact fin de course 19 arrête le mouvement de recul lorsque le demi-déplacement axial de la tubulure 20 est atteint.
Le vérin 21 qui exerce un effort sur le bras porte-tête 2, maintient
la tête de soudure 40 dans une position stable et rigide par rapport à la fixation du bras 2 au bras 1. Il est alors aisé à l'opérateur de commander le déplacement tridimensionnel du bras 2 par,rapport au bras 1 quand l'évolution de la soudure l'exige. La précision et la stabilité du positionnement de la tête de soudure 40 permettent à l'ouvrier un ajustement précis par exemple du point nadir de la soudure, ce qui est un facteur important de la qualité de la soudure.
Dans l'exemple décrit plus haut la tubulure 20 a une surface intérieure cylindrique. Il est bien entendu que le dispositif positionneur 10 s'adapte tout aussi bien à une tubulure ayant une surface intérieure conique.
Une variante d'exécution du dispositif positionneur est illustrée aux figures 5 et 6. Cette variante est spécialement destinée au positionnement d'une tête de rechargement par feuillard pour le s cas
où les positions de rechargement successives s'étendent sur une certaine longueur. La référence numérique 51 désigne le feuillard de rechargement guidé par la tête de rechargement 50. La différence entre l'exécution des figures 5 et 6 et l'exécution illustrée à la figure 3 réside dans l'adjonction d'un système d'articulation à double parallélogramme 52 et 53 par l'intermédiaire duquel le bras de positionnement 1 se trouve monté sur le bloc de support 31. Le parallélogramme 53 est relié au dispositif de retenue 17 et le parallélogramme 52 est relié au dispositif de rappel 14. Ce système assure un positionnement précis du feuillard 51 malgré les relativement grands déplacements axiaux de la tubulure à recharger et donc du dispositif d'arrêt 12, la tête 50 suivant alors parfaitement le déplacement du galet 12 sur l'escalier 43.
Le dispositif positionneur 10 suivant l'invention assure un positionnement précis de la tête de soudure ou de rechargement. Le déplacement radial est assuré par le déplacement des galets 11 qui déterminent de façon précise le centre de la tubulure 20 dont la surface intérieure a un fini réalise avec grande précision. Le déplacement axial est assuré par le déplacement du dispositif d'arrêt 12. Le déplacement transversal d'ensemble est assuré par la rotation de la potence 30 libérée autour d'un axe vertical.
Positioning device for head of
welding or surfacing of machined parts.
Positioning device for welding or reloading head of machined parts
The present invention relates to a positioner device for accurately and continuously positioning a welding or reloading head carried at the end of a relatively long jib crane.
A positioning problem of this kind arises, for example, for probing steel pipes on the legs of a nuclear reactor vessel. Tubings for such a tank commonly have a
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such pipes on the bases of the tank, it is necessary to introduce the welding head inside the pipe and the hollow journal of a manipulator, over a length
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positioner is that of the internal reloading of a tubing with strip band.
Known positioner devices use a servo loop whereby a relative offset of the reloading head from its correct position produces a correction signal which controls the head moving device to return it to a correct position. compared
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alternating movements with clearances and not only has a non-negligible response and movement time, but also a minimum operating threshold below which the system does not respond. The precision of
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is therefore limited. This lack of precision is further accentuated and becomes inadmissible when working on welded chamfers having radii of curvature of a few meters, a situation which is further aggravated if there are significant variations in temperature.
The invention solves the problem of achieving
a positioner device capable of positioning a
continuous welding or reloading head
and fast with great precision, whatever the three-dimensional irregularities of the work.
The principle on which the device according to the invention is based is that this device follows the workpiece vertically by gravity, which avoids any oscillatory movement and ensures at all times the desired precision without any delay and without limit. For horizontal movements gravity is replaced
by a large pneumatic force or coming from a spring and which acts in only one direction.
Taking into account the envisaged applications, the problems to be solved in the realization of a suitable positioner device are:
a) automatically take up the clearances due to differences in diameter (wear) or temperature variations, for example, b) avoid any vibration which would reduce the positioning accuracy.
The positioner device according to the invention is designed to solve all these problems, thus ensuring remarkably precise continuous positioning in all possible cases.
These problems are solved according to the invention by a positioner device comprising a support block on which the head loss arm is mounted, and an arm mounted on the support block parallel to the head support arm so as to be able to pivot in a plane. vertical, the positioning arm carrying at its free end at least two positioning rollers. A retaining device connects the support block and the positioning arm, this device having a first state in which said positioning arm is locked in a raised position when the positioning device is at rest, and having a second state for wherein said positioning arm is released.
A return device connects the positioning arm and the support block in order to maintain said positioning arm pulled axially towards the support block in the working position when the retainer is in its second state. The end of the head-carrying arm, adjacent to said head, is connected to the positioning arm by a coupling means exerting a pushing or pulling force on the head-carrying arm, regardless of the relative movements of the carrying arms. head and positioning in the three directions of space.
The invention is set out in more detail in the following, with reference to the accompanying drawings in which:
- Figure 1 is an elevational view of an embodiment of the device according to the invention, in the rest position;
- Figure 2 is an end view of the device in the rest position;
- Figure 3 is an elevational view of the device of Figure 1 in the working position on a cylindrical surface;
- Figure 4 is an end view of the device in the working position; - Figures 5 and 6 are views, respectively in elevation and in plan, illustrating an alternative embodiment of the device of Figure 1.
In Figures 1 to 4, the positioner device 10 according to the invention is equipped with a
welding head 40. In Figures 1 and 2, the positioner device 10 is shown in the rest position, partially engaged inside a cylindrical tube
20 to be welded to a base formed on the
body of a nuclear reactor vessel (not shown),
The positioner device 10 is attached to the end of a bracket 30 which currently has an appreciable length (7 to 10 meters for example). The welding head 40 delivers a welding wire 41.
The positioner device 10 comprises a positioning arm 1, a head-carrying arm 2 and a drive device 3 for moving the head-carrying arm 2 in three directions: the axial direction of the pipe 20, the direction perpendicular to the axial direction in the drawing plane and the direction perpendicular to the drawing plane. Positioning arm 1 carries two positioning rollers at its free end
11 and a stop device 12, the roles of which will be seen below. At its other end, the positioning arm is mounted on a support block 31 fixed to the end of the bracket 30, by means of a pivot 13,
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a spring 14 (or possibly a pneumatic cylinder)
which pulls the arm 1 towards the jib crane 30. The arm 1 is also linked to the support block 31 by a hydraulic cylinder
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arm 1 drawn towards the bracket 30, thus locking the arm 1 in a position slightly tilted upwards.
The head-carrying arm 2 is connected to the positioning arm 1 by means of a pneumatic cylinder 21 which is actuated so as to maintain a force applied to the head-carrying arm 2, putting the latter in a state of pre-stress under bending. . This state of prestressing of the arm 2 catches up all the 'clearances. three-dimensional displacement slides and nuts, preventing any vibration from the arm and from the head
40, while allowing the three-dimensional movement of the head 40 relative to the positioning arm 1.
It is in its rest position, illustrated in FIG. 1, that the positioner device 10 is introduced axially into the pipe 20 to be welded or to be recharged. In this rest position of the positioner device, the positioning arm 1 is inclined with its head upwards and the rollers 11 as well as the stop device 12 are suspended in the air as shown in FIG. 2. The positioner device 10 is
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40 has arrived a little beyond the working zone shown at 42 in FIG. 3. At this time, the positioner device is put into the working position, illustrated in FIG. 3.
To put the positioner device
10 in the working position, the jack 17 is actuated to release the arm 1 so that the latter pivots around the pivot 13 under the effect of gravity. The cylinder 17
can even be provided to push the arm 1 in order to increase the effect of gravity. In this pivoting movement, the rollers 11 and the stopper 12 are lowered until they come to rest freely on the inner wall of the tube 20 like the
shows figure 4. In. moving back the bracket 30 so as to extract the positioner device out of the tubing
20, the spring 14 exerts a tensile force on the pivot 13 and on the positioning arm 1 and the stop device 12 abuts against a stop staircase 43 provided in the pipe 20, which maintains the positioner device 10 perfectly in place axially. Stopping staircase 43 is normally made in a nuclear reactor tubing by the edge of the stainless liner which recharges its interior surface. The compression of the spring 14 allows axial movements of the stop ladder 43 and the axial tracking of the stop device 12 maintained continuously supported by the spring.
14 against the staircase 43. A limit switch 19 stops the backward movement when the axial half-displacement of the pipe 20 is reached.
The jack 21 which exerts a force on the head-carrying arm 2, maintains
the welding head 40 in a stable and rigid position relative to the attachment of the arm 2 to the arm 1. It is then easy for the operator to control the three-dimensional displacement of the arm 2 with respect to the arm 1 when the evolution of welding requires it. The precision and the stability of the positioning of the weld head 40 allow the worker a precise adjustment, for example of the nadir point of the weld, which is an important factor in the quality of the weld.
In the example described above, the pipe 20 has a cylindrical interior surface. It is understood that the positioner device 10 adapts just as well to a pipe having a conical interior surface.
An alternative embodiment of the positioner device is illustrated in Figures 5 and 6. This variant is specially intended for the positioning of a resurfacing head by strip for the s case.
where the successive reloading positions extend over a certain length. Reference numeral 51 designates the resurfacing strip guided by the resurfacing head 50. The difference between the execution of Figures 5 and 6 and the execution illustrated in Figure 3 lies in the addition of an articulation system to double parallelogram 52 and 53 through which the positioning arm 1 is mounted on the support block 31. The parallelogram 53 is connected to the retaining device 17 and the parallelogram 52 is connected to the return device 14. This system ensures precise positioning of the strip 51 despite the relatively large axial displacements of the tubing to be recharged and therefore of the stop device 12, the head 50 then perfectly following the movement of the roller 12 on the staircase 43.
The positioner device 10 according to the invention ensures precise positioning of the welding or recharging head. The radial displacement is provided by the displacement of the rollers 11 which precisely determine the center of the tubing 20, the interior surface of which has a very precise finish. The axial displacement is provided by the displacement of the stop device 12. The overall transverse displacement is ensured by the rotation of the bracket 30 released about a vertical axis.