La présente invention concerne un procédé et un système de compensation d'erreurs de précision d'un hexapode.

On sait qu'un hexapode comporte une structure cinématique composée de deux plates-formes, une plate-forme de base et une plate-forme supérieure, et de six vérins. La plate-forme de base est fixe, alors que la plateforme supérieure (ou chariot mobile) et les six vérins sont mobiles. Les vérins sont reliés par une première extrémité à la plate-forme supérieure via une articulation, l'autre extrémité de chaque vérin étant reliée à la base via une autre articulation. Tous les vérins sont indépendants les uns des autres et permettent d'orienter et de positionner la plate-forme supérieure.

L'hexapode est donc un système à mécanique parallèle permettant la mise en position et le mouvement d'objets dans l'espace suivant les six degrés de liberté. De par son architecture, ce système est utilisé pour le positionnement de haute précision, la mesure de position, ainsi que la génération de mouvements dans le cadre de tests en dynamique.

Les hexapodes trouvent des applications notamment dans les industries navale, spatiale, aéronautique, automobile, optique, médicale, nucléaire, électronique,...

Bien que les hexapodes présentent généralement des précisions satisfaisantes sur leurs axes, il apparaît quand même un certain niveau d'erreur.

La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient, en prévoyant de compenser des erreurs de précision.

Elle concerne un procédé de compensation d'erreurs de précision d'un hexapode, ledit hexapode comportant au moins :

- une base fixe ;

- un ensemble d'actionnement pourvu de six vérins de translation linéaire, indépendants et commandables ;

- une unité de commande de l'ensemble d'actionnement ; et - un chariot mobile comportant une plate-forme liée par l'intermédiaire de l'ensemble d'actionnement à la base, chacun desdits vérins de l'ensemble d'actionnement étant lié par une première extrémité longitudinale via une première articulation à la base et par la seconde extrémité longitudinale via une seconde articulation au chariot, lesdits six vérins définissant six centres (ou points) de pivot sur la base et six centres (ou points) de pivot sur le chariot.

Selon l'invention, ledit procédé est remarquable en ce qu'il comprend :

- une étape de mesure consistant à déterminer des erreurs de géométrie et de position sur l'hexapode, l'étape de mesure comprenant :

^• une première sous-étape consistant à mesurer les positions de chacun des centres de pivot sur le chariot et de chacun des centres de pivot sur la base, pour déterminer des erreurs de position des centres de pivot, et à mesurer la longueur de chacun des vérins, pour déterminer des erreurs de longueur desdits vérins ; et

^• une deuxième sous-étape consistant à mesurer des erreurs de positionnement de chacun des vérins sur sa course ;

- une étape de calcul consistant à calculer, à partir des mesures réalisées à l'étape de mesure, des valeurs de compensation d'erreurs ; et

- une étape d'application consistant à appliquer les valeurs de compensation d'erreurs à l'unité de commande de l'hexapode, lors d'une utilisation de ce dernier.

Ainsi, grâce à l'invention, on est en mesure de déterminer et compenser les différents types d'erreurs (de géométrie et de position) susceptibles d'apparaître sur l'hexapode, de manière à disposer d'un hexapode particulièrement précis (avec un déplacement très précis et maîtrisé du chariot mobile par rapport à la base fixe) lors d'une utilisation ultérieure de l'hexapode.

Dans un premier mode de réalisation, ladite première sous-étape est une sous-étape unique, et elle consiste : - à mesurer directement les positions de chacun des centres de pivot sur le chariot et de chacun des centres de pivot sur la base ; et

- à mesurer directement la longueur de chacun des vérins, pour déterminer des erreurs de longueur desdits vérins.

Dans ce premier mode de réalisation, l'hexapode doit présenter une géométrie permettant de telles mesures directes.

En outre, dans un second mode de réalisation, ladite première sous- étape comprend plusieurs sous-étapes individuelles précisées ci-après.

De façon avantageuse, la première sous-étape de mesure comprend une première sous-étape individuelle consistant à mesurer les positions de chacun des centres de pivot sur la base, ladite première sous-étape individuelle consistant, pour mesurer les positions des centres de pivot sur la base :

- à fixer des billes sur la base à la position des centres de pivot ;

- à fixer la base sur une plaque rectifiée ; et

- à mesurer la position des billes à l'aide d'un dispositif de mesure à trois dimensions.

De plus, avantageusement, l'étape de calcul comprend une sous- étape consistant à comparer les valeurs mesurées des positions des centres de pivot (sur la base) à des valeurs théoriques correspondantes et à construire une matrice de compensation des erreurs de géométrie de la base.

En outre, de façon avantageuse, la première sous-étape de mesure comprend une deuxième sous-étape individuelle consistant à mesurer les positions de chacun des centres de pivot sur le chariot, ladite deuxième sous- étape individuelle consistant, pour mesurer les positions des centres de pivot sur le chariot :

- à fixer des billes sur le chariot à la position des centres de pivot ;

- à fixer le chariot sur une plaque rectifiée ; et

- à mesurer la position des billes à l'aide d'un dispositif de mesure à trois dimensions. De plus, avantageusement, l'étape de calcul comprend une sous- étape consistant à comparer les valeurs mesurées des positions des centres de pivot (sur le chariot) à des valeurs théoriques correspondantes et à construire une matrice de compensation des erreurs de géométrie du chariot.

Par ailleurs, de façon avantageuse, la première sous-étape de mesure comprend une troisième sous-étape individuelle consistant à mesurer la longueur de chacun des vérins, ladite troisième sous-étape individuelle consistant à mesurer, pour chaque vérin, avec un dispositif de mesure à trois dimensions, la longueur du vérin entre les centres de rotules du vérin, avec le vérin à l'origine.

De plus, avantageusement, l'étape de calcul comprend une sous- étape consistant à comparer les valeurs mesurées des longueurs des vérins à des valeurs théoriques correspondantes et à construire une matrice de compensation des erreurs de longueur de vérins.

De plus, avantageusement, l'étape de calcul comprend une sous- étape consistant à utiliser les valeurs mesurées des erreurs de positionnement pour construire une matrice de compensation des erreurs de positionnement.

La présente invention concerne également un système de compensation d'erreurs de précision d'un hexapode tel que décrit ci-dessus.

Selon l'invention, ledit système de compensation comporte :

- un système de mesure configuré pour déterminer des erreurs de géométrie et de position sur l'hexapode, le système de mesure comportant :

• un premier ensemble de mesure configuré pour mesurer les positions de chacun des centres de pivot sur le chariot et de chacun des centres de pivot sur la base, afin de déterminer des erreurs de position des centres de pivot, et pour mesurer la longueur de chacun des vérins, afin de déterminer des erreurs de longueur desdits vérins ; et

• un deuxième ensemble de mesure configuré pour mesurer des erreurs de positionnement de chacun des vérins sur sa course ; et

- une unité de calcul configurée pour calculer, à partir de ces mesures, des valeurs de compensation d'erreurs, les valeurs de compensation d'erreurs étant appliquées à l'unité de commande de l'hexapode lors d'une utilisation (ultérieure) de ce dernier.

Dans un mode de réalisation particulier, ledit premier ensemble de mesure comprend :

- un ensemble de mesure configuré pour mesurer les positions de chacun des centres de pivot sur le chariot et de chacun des centres de pivot sur la base, afin de déterminer des erreurs de position des centres de pivot ; et

- un deuxième ensemble de mesure configuré pour mesurer la longueur de chacun des vérins.

Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.

La figure 1 est le schéma synoptique d'un mode de réalisation particulier d'un système de compensation d'erreurs de précision.

La figure 2 est une vue en perspective d'un hexapode auquel on applique l'invention.

Les figures 3 à 6 sont des vues en perspective d'ensembles de mesure d'un système de compensation d'erreurs.

Le système 1 (ci-après « système de compensation 1 ») représenté schématiquement sur la figure 1 et permettant d'illustrer l'invention, est un système pour compenser des erreurs de précision sur un hexapode 2 tel que représenté, à titre d'illustration, sur la figure 2.

De façon usuelle, l'hexapode 2 comporte :

- une base 3 fixe ;

- un ensemble d'actionnement 4 pourvu de six vérins 5 de translation linéaire, qui sont indépendants les uns des autres, et dont la longueur est variable et commandable ;

- une unité de commande 6 (non représentée spécifiquement) pour commander l'ensemble d'actionnement 4 ; et

- un chariot mobile 7 comportant une plate-forme 8 liée par l'intermédiaire de l'ensemble d'actionnement 4 à la base 3. Chacun des six vérins 5 de l'ensemble d'actionnement 4 est lié par une première extrémité longitudinale 5A via une première articulation 9A à la base 3 et par la seconde extrémité longitudinale 5B via une seconde articulation 9B à la plate-forme 8 du chariot mobile 7. Les articulations 9A et 9B représentent des rotules à deux ou trois degrés de liberté. Les six vérins 5 définissent ainsi six centres (ou points) de pivot sur la base 3 et six centres (ou points) de pivot sur la plate-forme 8.

L'hexapode 2 comprend donc six jambes, chaque jambe comportant un vérin 5 dont l'allongement permet de faire varier la longueur de la jambe.

Les deux plaques (plaque de base 3 et plate-forme 8) sont agencées sensiblement parallèlement à un plan XY (horizontal) défini par une direction dite X et une direction dite Y. Dans une position neutre desdites plaques 3 et 8, elles sont toutes deux complètement parallèles au plan XY.

Ces directions X et Y font partie d'un repère R (ou XYZ) qui est représenté sur la figure 2. Ce repère R destiné à faciliter la compréhension comprend, en plus des directions (ou axes) X et Y formant le plan XY, une direction (ou axe) Z qui est orthogonale audit plan XY, ainsi que des angles ΘΧ, ΘΎ, et ΘΖ (mis en évidence par des doubles flèches), qui illustrent des rotations, respectivement, autour des axes X, Y et Z.

La base 3 peut être fixée, de façon usuelle, sur un élément de support (non représenté) via des moyens de fixation, par exemple des vis.

Quant au chariot mobile 7, il peut supporter, de façon usuelle, des éléments particuliers (non représentés) qui peuvent être fixés sur lui, via des moyens de fixation, par exemple des vis.

L'hexapode 2 est particulièrement bien adapté pour positionner ou déplacer en six degrés de liberté des pièces mécaniques ou optiques, en particulier pour les positionnements d'échantillons en spectrographie, pour l'alignement de fibre optique en optoélectronique, ou pour des alignements d'optiques. L'ensemble d'actionnement 4 est donc configuré pour permettre un déplacement du chariot mobile 7 par rapport à la base 3. Plus précisément, l'ensemble d'actionnement 4 peut générer :

- un déplacement relatif selon de la direction X et/ou autour ( ΘΧ) de cette dernière ; et/ou

- un déplacement relatif selon la direction Y et/ou autour ( ΘΎ) de cette dernière ; et/ou

- un déplacement relatif selon la direction Z et/ou autour ( ΘΖ) de cette dernière.

L'hexapode 2 possède ainsi six degrés de liberté : trois degrés de liberté en translation (selon les axes X, Y et Z), ainsi que trois degrés de liberté en rotation (selon les angles ΘΧ, ΘΎ et ΘΖ).

Les six vérins 5 sont actionnés (par l'unité de commande 6) afin de changer de longueur et ainsi faire varier l'orientation du chariot mobile 7 (par rapport à la base 3 fixe). A une position donnée du chariot mobile 7 correspond une combinaison unique de six longueurs des six vérins 5.

La base 3, le chariot mobile 7 et les vérins 5 sont donc reliés par les douze centres de pivot (six sur la base et six sur le chariot 7), et le pilotage de la longueur de chaque vérin 5 permet de déplacer le chariot mobile 7 de l'hexapode 2 selon ou autour des axes X, Y et Z.

Selon l'invention, le système de compensation 1 comporte, comme représenté sur la figure 1 :

- un système de mesure 1 0 configuré pour déterminer des erreurs de géométrie et de position sur l'hexapode 2, le système de mesure 1 0 comportant :

^• un ensemble de mesure 1 1 configuré pour mesurer les positions de chacun des centres de pivot 9A sur la base 3 et de chacun des centres de pivot 9B sur le chariot 7, afin de déterminer des erreurs de position des centres de pivot 9A et 9B ; • un ensemble de mesure 12 configuré pour mesurer la longueur de chacun des vérins 5, afin de déterminer des erreurs de longueur desdits vérins 5 ; et

• un ensemble de mesure 13 configuré pour mesurer des erreurs de positionnement de chacun des vérins 5 sur sa course ; et

- une unité de calcul 14 qui est reliée par l'intermédiaire de liaisons 15 à 17 respectivement aux ensembles de mesure 1 1 à 13 et qui est configurée pour calculer, à partir des mesures réalisées par ces ensembles de mesure 1 1 à 13, des valeurs de compensation d'erreurs.

Les valeurs de compensation d'erreurs sont appliquées à l'unité de commande 6 de l'hexapode 2 lors d'une utilisation de ce dernier, comme illustré par une flèche 19 en traits mixtes sur la figure 1 .

La précision de positionnement du chariot 7 suivant les axes X, Y, Z,

U, V et W dépend essentiellement des trois éléments suivants :

- la précision de la position de chacun des centres de pivot 9A et 9B, comme illustré par des flèches de repères 20A et 20B sur la figure 2 ;

- la précision de la mesure de la longueur initiale (à l'origine) de chacun des vérins 5 (ou jambes), comme illustré par des flèches 21 sur la figure 2 ; et

- la précision de positionnement de chacun des vérins 5, comme illustré par des flèches 22 sur la figure 2.

Le système de compensation 1 permet d'améliorer la précision de positionnement de l'hexapode 2 en compensant les trois types d'erreurs précités.

Les compensations sont de type mathématique et sont supportées par l'unité de commande 6 (ou contrôleur) qui permet de piloter l'hexapode 2. On réalise ainsi :

- une compensation des écarts de position des centres de pivots 9A et 9B de la base 3 et du chariot 7 par rapport à la définition de la géométrie théorique ;

- une compensation de la longueur à l'origine de chacun des vérins 5 ; et - une compensation des erreurs de positionnement de chacun des vérins 5. Pour appliquer les compensations, l'unité de mesure 10 réalise des mesures qui fournissent les données d'entrée de calculs mis en œuvre par l'unité de calcul 14, dont les résultats sont transmis à l'unité de commande 6.

La technologie de réalisation des pivots, utilisée pour l'hexapode 2, permet de réaliser ces mesures.

Dans un mode de réalisation préféré, pour mesurer les positions des centres de pivot sur la base 3, on met en œuvre les opérations suivantes :

- on fixe, par exemple par collage ou par un autre moyen, des billes 23 (par exemple en céramique ou en une autre matière) sur la base 3 à la position des centres de pivot, comme représenté sur la figure 3 ;

- on fixe la base 3 sur une plaque rectifiée 24 ; et

- on mesure la position des billes 23 à l'aide d'un dispositif de mesure à trois dimensions (non représenté).

La plaque rectifiée 24 et le dispositif de mesure font partie de l'ensemble de mesure 1 1 .

Dans une variante de réalisation, le système de mesure 10 réalise une mesure directe des centres de pivot sur la base.

Dans ce cas, l'unité de calcul 14 compare les valeurs des positions des centres de pivot, mesurées de la manière précitée et reçus de l'ensemble de mesure 1 1 , à des valeurs théoriques correspondantes enregistrées, et elle construit une matrice de compensation des erreurs de géométrie de la base 3.

Cette matrice est transmise à l'unité de commande 6.

En outre, pour mesurer les positions des centres de pivot sur le chariot 7, on met en œuvre les opérations suivantes :

- on fixe des billes 25 (par exemple en céramique ou en une autre matière) sur le chariot 7 à la position des centres de pivot, comme représenté sur la figure 4 ;

- on fixe le chariot 7 sur une plaque rectifiée 26 ; et

- on mesure la position des billes 25 à l'aide d'un dispositif de mesure à trois dimensions (non représenté). La plaque rectifiée 26 et le dispositif de mesure font partie de l'ensemble de mesure 12.

Dans une variante de réalisation, le système de mesure 10 réalise une mesure directe des centres de pivot sur la base.

Dans ce cas, l'unité de calcul 14 compare les valeurs des positions des centres de pivot, mesurées de la manière précitée et reçus de l'ensemble de mesure 12, à des valeurs théoriques correspondantes enregistrées, et elle construit une matrice de compensation des erreurs de géométrie du chariot.

Cette matrice est transmise à l'unité de commande 6.

De préférence, l'unité de calcul 14 détermine une seule matrice de compensation à partir des deux matrices précédentes pour l'ensemble des douze centres de pivot. Cette matrice de compensation comprend alors douze coordonnées en X, Y et Z.

Dans une variante de réalisation, on mesure en une seule étape les positions des centres de pivot et les longueurs des vérins sur un hexapode monté, l'hexapode étant conçu pour permettre une telle mesure directe.

Par ailleurs, pour mesurer la longueur de chacun des vérins 5, on mesure, pour chaque vérin 5, avec un dispositif de mesure à trois dimensions, la longueur du vérin entre les centres de pivot du vérin 5, avec le vérin 5 à la position initiale de longueur minimale.

Plus particulièrement, on mesure la distance entre le centre de deux billes (par exemple en céramique ou en une autre matière) sur un dispositif 27 de mesure à trois dimensions lorsque le vérin 5 est à l'origine (longueur des jambes), comme illustré sur la figure 5.

Le pivot inférieur de cet outillage est maintenu de manière identique à ceux montés sur la base et sur le chariot de l'hexapode. La bille est fixée, par exemple collée. L'axe du nez de vérin est maintenu en 3 centres et le vérin est chargé, dans sa position d'origine, avec une force de 20N appliquée par un ressort suivant un axe défini par la platine de translation. La bille du pivot supérieur est posée dans la coupelle pivot du nez de vérin. Elle est maintenue avec un système de ressort qui assure son immobilisation pendant la phase de mesure.

La mesure est mise en œuvre en quatre étapes successives :

- mesure de la position du centre de la bille inférieure (vérin non monté) et repérage de la position d'un coin de la plaque de support ;

- montage du vérin et positionnement de la bille supérieure ;

- mesure de la position du centre de la bille supérieure ; et

- vérification de la position du coin de la plaque (pour valider qu'elle n'a pas bougé lors de la mise en place du vérin sur l'outillage).

Dans ce cas, l'unité de calcul 14 compare les valeurs mesurées des positions des longueurs des vérins 5 à des valeurs théoriques correspondantes, et elle construit une matrice de compensation des erreurs de longueur de vérins.

Par ailleurs, pour mesurer des erreurs de positionnement de chacun des vérins 5 sur sa course, on utilise de préférence le dispositif 28 représenté sur la figure 6.

Dans ce cas, l'unité de calcul 14 utilise les valeurs mesurées des erreurs de positionnement des vérins, pour construire une matrice de compensation des erreurs de positionnement.

La mise en œuvre de l'invention présente ainsi deux phases :

- une première phase pendant laquelle les différentes mesures précitées sont réalisées, puis les calculs des erreurs (ou écarts) présentées de préférence sous forme de matrice de compensations sont effectués ; et

- une seconde phase, pendant laquelle on utilise l'hexapode 2 de façon usuelle pour réaliser des opérations usuelles. Dans ce cas, on intègre préalablement les erreurs (ou écarts) calculées ou mesurées dans un ou des algorithmes usuels de l'unité de commande 6 (ou contrôleur) qui les prend en compte dans la détermination des déplacements du chariot mobile 7 par rapport à la base 3 fixe, dans le but de compenser ces erreurs.

On obtient ainsi un hexapode 2 présentant des déplacements particulièrement précis et maîtrisés entre le chariot mobile 7 et la base 3.