Modélisation et commande de robots d'usinage de pièces composites de grandes dimensions et de soudage FSW. – COROUSSO

Le projet COROUSSO se propose de développer et de valider par des essais des études afin de lever les verrous technologiques qui empêchent la réalisation de certaines opérations par un robot. Les applications choisies ont toutes un fort potentiel de développement, qui s’explique notamment par les enjeux économiques qu’elles représentent. Il s’agit de l’usinage de pièces de grandes dimensions en matériaux composites et de la réalisation des soudures de pièces métalliques par le procédé de frottement-malaxage (FSW pour Friction Stir Welding).
La concurrence internationale pousse les industriels, en particulier ceux du secteur aéronautique qui utilisent fortement ces deux procédés, à chercher de nouveaux moyens techniques pour réduire les investissements tout en garantissant la qualité de la production. Dans ce cadre la robotisation paraît être le meilleur axe de développement pour ce secteur majeur de la production industrielle française.
La robotisation de ces deux procédés se heurte cependant à une difficulté commune, à savoir que les rigidités naturelles des robots polyarticulés ne sont pas suffisantes pour réaliser les tâches dans les conditions minimales requises par les procédés. Il en résulte, aussi bien pour les opérations d’usinage que de soudage FSW, de mauvaises qualités de production. De plus ces deux applications ont un caractère innovant, la première du fait de sont application aux matériaux composites, et la seconde du fait de son développement récent. Il est donc nécessaire de travailler à la modélisation ces nouveaux procédés.
Le projet vise à combler ces lacunes en proposant trois stratégies complémentaires d’amélioration. Premièrement, en tenant compte des flexibilités des robots directement dans le pilotage de l’ensemble robot-procédé, deuxièmement en intégrant dans la commande des lois qui tiennent compte des dispersions des caractéristiques et finalement en utilisant le robot dans une zone de son espace de travail qui est le mieux adaptée aux contraintes imposées par le procédé de production.
Le projet aborde également le problème de la commande du robot. L’interaction entre l’outillage et la pièce produit des efforts de réaction qui engendrent les flexions du robot et peuvent même conduire à des instabilités par excitation des modes propres vibratoires de la structure. Il est possible d’améliorer la rigidité du robot et de rejeter les modes vibratoires par la mise en place d’une commande adaptée. La difficulté vient davantage des flexibilités qui augmentent l’ordre du modèle. Toutes les composantes du vecteur d’état minimal ne sont pas mesurées et la commande, basée sur un modèle, doit compenser les erreurs de modélisation. Un observateur non linéaire est ainsi prévu pour reconstruire la partie manquante du vecteur d’état ainsi que l’erreur de modélisation.
L’amélioration des performances passe donc par une meilleure modélisation du robot et de son environnement, c’est-à-dire du procédé de fabrication. Le projet propose de réaliser des études afin de déterminer un modèle de comportement statique et dynamique des procédés d’usinage des composites et de soudure de matériaux métalliques. Ces études font suite à des travaux déjà réalisés par les partenaires du projet, qu’il faut cependant mettre en forme et compléter en vue de les utiliser en commande, en simulation et en optimisation. Cette proposition de modélisation et de lois de commande est un des points forts de ce projet.
Ainsi, le projet COROUSSO a l’ambition de fournir des résultats théoriques et expérimentaux sur la mise au point de cellules robotisées d’usinage de pièces en matériaux composites et de soudure FSW de pièces métalliques. Les essais expérimentaux choisis par les partenaires industriels pour mettre en lumière les opérations critiques et les plus significatives pour le procédé considéré doivent conduire à faciliter le transfert technologique dans le secteur de la production et la robotisation d’autres procédés de fabrication.