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Étude de faisabilité du contrôle des vibrations et de la déformation d'un robot flexible en soudage et martelage simultanés

Remache, Hamza (2004). Étude de faisabilité du contrôle des vibrations et de la déformation d'un robot flexible en soudage et martelage simultanés. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Pour éviter les coûts de démontage et réduire les pertes de production associées, Hydro-Québec, grâce à sa technologie portable du robot flexible Scompi®, réalise des travaux de réparation (soudage et meulage) des roues de turbines hudrauliques en place sans démonter ces roues. Le soudage induit des contraintes résiduelles et des déformations qu'il est important de contrôler. Comme il est très difficile de réaliser un recuit de détente en place, Hydro-Québec développe dans son Institut de Recherche une nouvelle technologie de relaxation de contraintes par martelage répétifif du cordon de soudure juste derrière la torche. Toutefois, l'utilisation combinée sur un même robot du marteau et de la torche génère un phénomène vibratoire qui peut affecter le positionnement et la qualité de la soudure. Il est donc essentiel de contrôler les vibrations et les déformations du bras sous l'effet du martelage et s'assurer de la stabilité de la trajectoire du robot.

Dans cette étude, on montre les étapes préliminaires de conception d'un système d'amortissement des vibrations d'un robot flexible, excité par des impacts répétitifs.

La première étape consiste à effectuer des mesures vibratoires sur le bras du Scompi afin de trouver les paramètres modaux. Parallèlement, pour valider ces mesures, on réalise un modèle numérique par éléments finis en utilisant le logiciel ANSYS®.

Lors de la deuxième partie on mesure les vibrations du bras en martelage et on compare ce résultat avec la simulation par éléments finis. Nous avons proposé deux concepts: un support amorti passif pour les deux outils et un absorbeur dynamique. Ils peuvent être associés et utilisés simultanément.

En se basant sur ces résultats, on es passé à la conception du support amorti. Des calculs théoriques ainsi que des simulations ont permis de définir la géométrie et les paramètres de l'amortisseur. Après une étude des différents amortisseurs offerts sur le marché, notre choix s'est porté sur un modèle normalisé construit avec un élastomère à base de caoutchouc naturel. Ce support a été usiné et testé pour déterminer son efficacité.

La conception d'un absorbeur dynamique vient compléter l'étude. Ses caractéristiques ont été calculées. Des simulations numériques ainsi qu'un dispositif initial (masse ressort) montrent son effet. Enfin l'absorbeur est réalisé et testé. Il nous a permis de réduire l'amplitude des vibrations de plus de 50%.

Titre traduit

feasibility study of the control of the vibrations and the deformation of a flexible robot in simultaneous welding and hammering

Résumé anglais

To avoid the costs of disassembling and to reduce the associated losses of production, Hydro-Québec, thanks to its portable technology of the flexible robot Scompi®, completes repair work (welding and grinding) of the runners of water turbines in place without dismounting these runners. Welding gives residual stresses and deformations, which it is significant to control. As it is very difficult to carry out an annealing of relaxation in place, Hydro-Quebec develops in its Institute of Research a new stress
relaxation technology by repetitive hammering of the weld bead right behind the torch. However, the combined use on the same robot of the hammer and torch generate a vibratory phenomenon, which can affect the positioning, and the quality of the welding. It is thus essential to control the vibrations and the deformations of the arm under the effect of hammering and to be ensured of the stability of the trajectory of the robot.

In this study, we show the preliminary stages of design of a system of damping of the vibrations of a flexible robot, excited by repetitive impacts.

The first stage consists in taking vibratory measurements on the arm of Scompi in order to find the parameters modal. In parallel, to validate these measurements, one carries out a digital model by finite elements by using software ANSYS®.

At the time of the second part we measure the vibrations of the arm in hammering and we compare this result with simulation by finite elements. We proposed two concepts: a passive support deadened for the two tools and a dynamic absorber. They can be associated and used simultaneously.

While basing oneself on these results, one passed to the design of the deadened support. Theoretical calculations as of simulations made it possible to define the geometry and the parameters of the shock absorber. After a study of the various shock absorbers offered on the market, our choice was made on a standardized model built with an elastomer containing natural rubber. This support was machined and tested to determine its effectiveness.

The design of an absorber comes to supplement the study. The characteristics of the absorber were calculated. Simulations as well as an initial device (mass spring) show its effect. Finally the absorber is produced and tested. It enabled us to reduce the amplitude of the vibrations of more than 50%.

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". Bibliogr.: f. [233]-235.
Mots-clés libres: Absorbeur, Amortissement, Amortisseur, Conception, Controle, Deformation, Dynamique, Etude, Faisabilite, Flexible, Martelage, Robot, Simultane, Soudage, Vibration
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Thomas, Marc
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Galopin, Michel
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 02 mai 2011 20:19
Dernière modification: 22 oct. 2016 00:25
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/679

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