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Étude du profilage d'outil de meulage dédié aux procédés robotisés

Agnard, Stéphane (2013). Étude du profilage d'outil de meulage dédié aux procédés robotisés. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’Institut de Recherche d’Hydro-Québec (IREQ) a développé une technologie robotique portative (robot SCOMPI) permettant d’automatiser plusieurs procédés de réparation et d’entretien des turbines hydroélectriques. Lors du procédé de meulage, certaines surfaces à fortes courbures, comme les raccordements, ne sont pas encore accessibles au robot et doivent actuellement être rectifiées à la main. La problématique est que la meule s’use très rapidement et qu’il est difficile de contrôler l’orientation et la position du robot pour s’adapter au changement de forme de l’outil. Ce mémoire présente une méthode pour maintenir le profil de la meule durant le procédé de meulage afin d’améliorer le contrôle de l’enlèvement de matière.

Une analyse du profilage d’outil de meulage a permis d’identifier les particularités et limitations de ce nouveau procédé. Des outils de modification des meules ont été développés pour percer et tailler les meules embouts, utilisées couramment pour ce type d’opération, et ainsi permettre la robotisation et l’étude du procédé de profilage. Des instruments de mesure et des méthodologies expérimentales ont été développés afin de mesurer les paramètres de meulage. Un banc de mesure de profil de la meule et un banc de mesure de la force normale ont donc été réalisés. La caractérisation du banc d’essai de meulage a permis de définir les paramètres de contrôle de la meuleuse et de compenser la compliance du robot SCOMPI durant le procédé afin d’optimiser l’asservissement de la puissance de meulage.

Plusieurs modèles d’enlèvement de matière et d’usure de la meule ont été développés et validés par des essais expérimentaux. Ces essais ont permis dans un premier temps d’identifier l’importance de combiner la puissance de meulage et la force normale afin d’augmenter la robustesse des modèles d’enlèvement de matière et d’usure de la meule. Les résultats ont démontré également qu’il est beaucoup plus difficile de prévoir l’usure de la meule que l’enlèvement de matière. Pour réaliser spécifiquement l’opération de profilage, un modèle d’oscillation de la meule est proposé et testé expérimentalement. Une série d’essais a permis de démontrer que l’oscillation de l’outil sur la pièce permet d’améliorer le contrôle du profil de la meule et d’accroître le taux d’enlèvement de matière. L’oscillation modélisée permet de minimiser de plus de 25% l’erreur de profil comparativement à une oscillation linéaire. Le contrôle de la puissance de meulage et la compensation de la flexibilité du robot sont les éléments clés permettant d’optimiser le profilage d’outil de meulage.

De façon générale, ce projet de recherche permet de jeter les bases du profilage d’outil de meulage dédié aux procédés robotisés et d’identifier les facteurs importants permettant la réalisation de ce nouveau procédé.

Résumé traduit

The Research Institute of Hydro-Quebec (IREQ) developed a portable robotic technology (SCOMPI robot) to automate repair and maintenance processes for hydroelectric turbines. During the grinding process, some surfaces with high curvature, such as fillets, are not yet attainable by the robot and must be corrected through manual grinding tasks. The problem with the use of robot in these areas is fast wear of grinding wheel which makes it difficult to control the orientation and position of the robot, considering the changes in shape of the wheel. This thesis presents a method to maintain the profile of the grinding wheel during the grinding process in order to improve material removal control.

An analysis of grinding wheel profiling allows identifying the features and limitations of this new process. Several tools have been developed to modify plug wheels, commonly used for this type of operation. Drilling and truing the wheels allow the robotization and the study of the process of profiling. Measuring instruments and experimental methodologies have been developed to measure the grinding parameters. A wheel profile measuring bench and a normal force measuring bench have been developed. Grinding bench characterization made it possible to define the control parameters of the grinder and compensate the compliance of the SCOMPI robot during the process. The objective of this step is to optimize the grinding power control during the process.

Several material removal and wheel wear models were developed and validated by experimental tests. These tests have identified the importance of combining the grinding power and the normal force to increase the robustness of material removal and wheel wear models. The results also showed that it is much more difficult to predict the wear of the wheel compared to the material removals. In order to achieve the profiling operation, an oscillation model of the wheel is proposed and tested experimentally. A series of tests has shown that the oscillation of the wheel on the work piece improves the control of the Wheel profile and increases the material removal rates. The modeled oscillation minimized the profile error more than 25% compared to a linear oscillation. Grinding power control and flexibility compensation of the robot are found as the key elements to optimize the grinding wheel profiling process.

Overall, this research lays the groundwork for grinding wheel profiling dedicated to robotic grinding process and identifies the factors which are important for developing this new process.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique" Bibliographie : pages 151-154.
Mots-clés libres: Meulage. Outils. Profilage. Robots industriels. Instrumentation. contrôle, enlèvement, matière, meule, modèle, oscillation, usure, meulage robotisé
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Liu, Zhaoheng
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 12 août 2013 14:05
Dernière modification: 08 mars 2017 02:09
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1194

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