Mécanisme de préhension

Le mécanisme de préhension intervient dans les étapes de remplacement et de transfert du porte échantillons et il sera situé au bout du système de transfert. Il doit offrir une solution permettant le maintien, l'accostage et le désaccostage du porte échantillons de son support. Dans ce type d'expérience, cette fonction est couramment réalisée par des systèmes de pince ou de doigts. Par exemple, certains systèmes réalisent cette fonction par coulissement. Cette méthode consiste à utiliser une canne avec une vis à son extrémité : quart de tour ou vissage sur plusieurs filets. L‟introduction de la platine échantillon sur le support s'effectue alors par l‟intermédiaire de queue d‟aronde avec une application utilisant des ressorts ajustables.

Toutefois, le chapitre II nous apprend qu'il est nécessaire, dans le cas d'une cinématique basée sur l'utilisation de table linéaire utilisant une technologie piézoélectrique-inertielle, d'exercer un effort tendant à être nul sur la cinématique lors de ces phases. Ce point élimine l'ensemble de ces solutions et nécessite la conception d'un préhenseur répondant à cette contrainte.

Cette démarche de conception a nécessité plusieurs semaines d'études et a abouti au système présenté en Figure 39. Ce concept nécessite la mise en place d'un système de transfert avec un double mécanisme. Le premier permettra une translation d'une course d'environ 250 mm afin d'effectuer le déplacement du sas au support de porte échantillons. Le second mécanisme actionnera le système de préhension en effectuant un déplacement linéaire d'une dizaine de millimètre.

La pièce numéro 1 représente le bâti. Elle sera fixée sur le système de transfert. Sans présence de porte échantillons, la pièce numéro 2 est en position haute. Une fois le porte échantillons positionné sous le système, la seconde liaison glissière du système de transfert est alors actionnée. La pièce 2 effectuera une translation qui par l'intermédiaire des liaisons pivots, fera translater les pièces 4 et 4 bis (orange et rouge). Ces pièces, appelées aiguilles, translaterons à l'intérieur des trous situés au sein du porte échantillons et orientés selon une direction identique à celle des aiguilles. Dans cette configuration, le porte échantillon est assemblé avec le préhenseur et peut alors être transféré ou retiré du support. Ce système présente l'avantage de ne générer que des efforts internes au porte échantillons, la cinématique n'est alors pas sollicitée.

3.4. Méthode d'introduction du porte échantillons

78 Lors d'applications sous vide, l'utilisation de graisse est à éviter ce qui par conséquent limite l'utilisation de liaison cinématique. Ainsi, le principal inconvénient du préhenseur tel que représenté dans la Figure 43 est la présence des liaisons pivot (liaison entre les pièces 4/3, 3/2, 3bis/2, 4bis/3bis) qui pendant leur rotation actionnent les aiguilles. Afin de palier à ce problème, les pièces 2, 3, 4, 3bis et 4bis seront réalisées de façon monolithique. Cette pièce sera composée, à la place des pivots, de cols circulaires qui par déformation élastique offriront les mêmes fonctions cinématiques que l'assemblage actuel du préhenseur. Ce mécanisme flexible sera étudié au paragraphe 3.5.

Figure 40 : Schéma cinématique de la pince flexible qui sera réalisé de façon monolithique.

Les principaux avantages des mécanismes flexibles sont les suivants :

 ces articulations sont faciles à assembler.

 elles ne présentent ni usure ni émission de particules, du fait de l‟absence de frottements secs.

 ce sont des mécanismes sans jeu.

 la durée de vie est liée au phénomène de fatigue qui est prédictible.

 il est possible de concevoir plusieurs pièces reliées par des articulations à partir d‟un seul bloc de matière première. Ceci est couramment appelé conception monolithique.

 il est facile d‟intégrer des amplificateurs de mouvement ou de force.

 les déplacements sont doux et continus, et ce, jusqu‟à des déplacements d‟ordre nanométrique.

Les principales limites ou les inconvénients sont les suivants :

 les mouvements obtenus sont rarement cinématiquement purs.

 les courses admissibles sont limitées.

 les raideurs dans les directions des mouvements imposent d‟exercer des efforts continus pour maintenir une position excentrée.

3.4. Méthode d'introduction du porte échantillons

79 Plusieurs semaines de travail ont été nécessaires à la conception du mécanisme de préhension. Ce travail a abouti au système suivant :

L'ajustement entre les pièces 4 et 5 ainsi que les pièces 2 et 1 sera glissant. Les perçages présents dans la pièce 2 permettront l'introduction d'axes qui assureront la fonction de butée nécessaire à la pince flexible. La troisième aiguille, non représentée sur le schéma cinématique a pour fonction d'actionner le doigt effectuant un contact ponctuel à l'arrière du support du porte échantillons après sa mise en position.

Plus l'angle d'inclinaison des aiguilles est important, meilleur sera le blocage du porte échantillons. Néanmoins, l'inconvénient est que l'angle de débattement angulaire de la pince flexible (3) augmente dans la même proportion. Ce compromis m'a conduit à un angle de 30° entre les deux aiguilles. Le contact entre ces deux aiguilles et le porte échantillons (5) sera un contact linéique. Il sera réalisé en s'assurant que le diamètre des trous du porte échantillons est supérieur au diamètre des aiguilles.

Figure 41 : Illustration du mécanisme de préhension en position mi-course.

Figure 42 : Illustration du contact linéique entre les aiguilles et le porte échantillons.

3.4. Méthode d'introduction du porte échantillons

80 L'ensemble des vues ci-dessous illustre les phases d'accostage et de désaccostage du porte échantillons avec le préhenseur. Ces phases interviennent une seule fois lors d'un cycle de changement de porte échantillons schématisé en Figure 43. Elles peuvent être décomposées en six étapes :

 Mise en position : cette étape correspond à une mise en position manuelle du porte échantillon sous le préhenseur à l'intérieur du sas.

 Action du système de préhension : cette action permet l'introduction des aiguilles à l'intérieur du porte échantillons et assure ainsi son maintien en position.

 Verrouillage : blocage du système de préhension afin d'éviter la chute de l'objet transporté.

 Translation : en utilisant la translation principale du système de transfert, le porte échantillons est translaté jusqu'a son support.

 Déverrouillage du préhenseur et action inverse du système de préhension : cette action permet le retrait des aiguilles du porte échantillons et de le déposer sans effort sur la cinématique.

 Retour : en utilisant la translation principale du système de transfert, le préhenseur est remonté à l'intérieur du sas.

3.4. Méthode d'introduction du porte échantillons

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