Conception et ralisation dun banc dexprimentation de positionnement
Conception et réalisation d’un banc d’expérimentation de positionnement à l’échelle micrométrique Soutenance de stage 30/06/2009 Le Breton Ronan 1 Master 2 mécatronique 2009 -2010
Sommaire 1. Concepts de la maquette 2. Conception et démarche 3. Perspectives 2
1. Concepts – Pourquoi cette maquette? • Besoin d’une maquette à l’échelle micrométrique – S’affranchir des problèmes d’instrumentation – Simuler différentes perturbations pour une étude exhaustive – Développer la démarche d’élaboration des lois de contrôle 3
1. Concepts – Caractéristiques de la maquette Capteur (sans contact) – Contrôle du déplacement à 1% : Déplacement : 100µm Précision : 1 µm (sans contact) – Bande passante 0 -100 Hz – Sources multiples de vibrations – Approche multi-capteurs multi-actionneurs Capteur (sans contact) Source Actionneur excitatrice « Correcteur » PLAN à « Contrôler » Actionneur Perturbateur Correcteur Actionneur Correcteur Déplacements « aléatoires » Actionneur Perturbateur Réf. labo. Ø Implication du dans ce projet 4 Actionneur Perturbateur
1. Concepts – Etapes de l’étude • Réaliser 1 pied – Essais – qualification • 2 pieds : contrôle d’une poutre – Résonnance(s) de la poutre dans la bande passante. Actionneur Correcteur Actionneur Perturbateur • 3 pieds : contrôle d’un plan 5
2. Démarche de conception 1 er étape 2ème étape 3ème étape 4ème étape • Choisir les capteurs et actionneurs • Déterminer la structure d’un pied • Dimensionner les éléments de la structure • Essais et qualification 6
2. Conception – Choix des actionneurs • Actionneurs Piézoélectriques Amplifiés : – Allongement max. 110 µm (>100µm) – Résolution ≈ 10 nm (<0, 1µm) – Fréquence résonance 1900 Hz (>100 Hz) – Force max. 184 N – Actionneurs instrumentés (perturbateurs) APA 100 M – CEDRAT 7
2. Conception – Choix des capteurs – Plage de mesure > 2 x 100 µm – Précision dynamique < 0, 1µm 2 types de capteurs (1µm/10) Capteurs capacitifs Triangulation LASER Plage de mesure 250 µm 500 µm Résolution* 0, 07 µm >0, 5 µm ** Utilisation Boucle de commande Mesures positions Référence (Fabricant) Elite CPLx 90 - C 23 (Lion Precision) Opto. NCDT 1607 -05 (Micro-Epsilon) *Résolution sans moyennage à 1 k. Hz - **Déterminée expérimentalement 8
2. Conception – Définir la structure d’un pied Actionneur «Correcteur» Poutres Solution technologique sans frottement sec APA Bâti Actionneur «Perturbateur » Schéma structurel d’un pied Schéma cinématique d’un pied 9
2. Conception – Dimensionnement • Dimensionner le système → dimensionner les poutres : – Modéliser le système (Statique/dynamique) – Déterminer et appliquer des critères (3) Ø Déduire une géométrie des poutres 10
2. Conception – Dimensionnement • Modélisation de la structure : statique – Modéliser les poutres par des ressort – Etablir un modèle des actionneurs piézoélectriques Modèle statique d’un pied 11 Effort d’un APA en fonction de l’allongement et de la tension de commande
2. Conception Dimensionnement • Modélisation de la structure : dynamique – Modéliser les poutres par leur 1 er mode de résonance en un système masse ressort – Modèle des actionneurs piézoélectriques par un système masse - ressort Modèle dynamique d’un pied 12
2. Conception – Dimensionnement • Critère 1 : Obtenir au moins 80% de l’allongement d’un APA pour 90% de sa commande. Ø Un espace de solutions pour les raideurs des poutres 1 et 2 : 13 Espace de solution pour les raideurs des poutres 1 et 2 (critère 1)
2. Conception – Dimensionnement • Critère 2 : Résonances éloignées des fréquences de fonctionnement. Sur l’ensemble défini par le critère 1 : Ø Cahier des charges validé Ø Critère peu discriminant Variation de la fréquence du 1 er mode de résonnance du système en fonction de la géométrie des poutres 14
2. Conception – Dimensionnement • Critère 3 : L’allongement de l’APA 2 doit être supérieur en valeur absolue de 5% à celui de l’APA 1 Ø Un espace de solutions pour les raideurs des poutres 1 et 2 modifié Ø Choix d’une géométrie : Poutre 1 Poutre 2 L 60 mm l 7, 5 mm h 0, 9 mm Espace de solution pour les hauteurs des poutres 1 et 2 (critère 1 + critère 3) 0, 5 mm 15
2. Conception – Solutions technologiques • Concevoir la structure Modèle C. A. O. partiel de la structure pour le contrôle d’une poutre 16
3. Perspectives • Fin du stage (juillet): – Finir conception (support des capteurs, …) – Réaliser le montage – Le mettre en œuvre – Tester les performances • L’étude des lois de commandes fera l’objet d’un doctorat. 17
Remerciements • L’ensemble du personnel du laboratoire SYMME. • Les membres de l’entité LAVi. Sta • Le centre de ressources mécatronique du CETIM 18
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