Brevet FR2244987A1 — publié le 19750418

La présente invention concerne, d'une façon générale, le contrôle de l'apport en énergie calorifique d'un objet, et elle a trait plus particulièrement au contrôle de la qualité de soudures déterminée en particulier par la quantité d'énergie calorifique absorbée par les pièces à souder au cours du soudage. Bien que, dans la description qui va suivre, on traite préférentiellement le contrôle des soudures par point, il est entendu que le dispositif suivant l'invention peut être utilisé pour tout type de soudure, quelle qu'en soit la nature. Le contrôle de la qualité des soudures a été effectué jusqu'ici de différentes façons t'un des processus utilisé est le contrôle destructif qui, de toute évidence, présente de nombreux inconvénients, parmi lesquels on peut citer, en particulier, le manque de contrôle constant d'un certain nombre de soudures effectuées successivement, ce contrôle -ne pouvant se faire que par soudages périodiques. De plus, ce contrôle implique une destruction partielle ou totale des pièces ~soudées. On a également mis au point des contrôles non destructifs des soudures par point qui sont, a l'heure actuelle, de deux sortes 1) Le contrôle par ultra-sons. Ce processus,qui n'est pratiquement valable que pour des pièces d'épaisseur importante, nécessite un liquide intermédiaire dans lequel le palpeur a ultra-sons et les pièces soudées doivent être immergés. -I1 s'agit là d'un inconvénient majeur qui rend un contrôle constant d'une série de pièces difficile à réaliser. Ce processus augmente donc considérablement le prix de revient des soudures. De-plus, un tel contrôle de qualité ne peut intéresser qu'un nombre restreint de points et il ne peut être utilisé pour des points comportant des picots ou autres irrégularités risquant d'endommager le palpeur à ultra-sons. 2) Le contrôle par dilatation. L'avantage de cette méthode est qu'elle peut impliquer un contrôle constant au niveau de la machine à souder et que chaque point peut être contrôlé immédiatement au cours du soudage. Toutefois, la dilatation étant généralement très faible compte tenu de la dimension des électrodes de soudage, cette méthode est difficile à mettre au point. Il faut, en particulier, des électrodes de soudage de faible inertie, animées par un mécanisme d'une précision incompatible avec le reste de la machine à souder. L'invention a pour but de fournir un procédé et un dispositif de contrôle de la qualité d'une soudure, qui soient exempts des inconvénients de la technique antérieure. Elle a donc pour objet un procédé de contrôle de l'apport en énergie calorifique d'un objet, notamment pour le contrôle de qualité d'une soudure, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter le rayonnement infrarouge dégagé par ledit objet par suite de son échauffement, à engendrer un signal de mesure proportionnel à l'intensite dudit rayonnement, à engendrer un signal de référence qui est fonction de l'apport en énergie désiré, à comparer ledit signal de mesure et ledit signal de référence et à afficher un signal de contrôle tant que ledit signal de mesure est supérieur audit signal de référence. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de rayonnement infrarouge, pointé sur la zone de l'objet chauffé, et un circuit d'exploitation connecté à ce détecteur et comprenant, montés en cascade, un premier étage amplificateur destiné à fournir un signal électrique proportionnel au rayonnement infrarouge frappant ledit détecteur, un deuxième étage amplificateur pour mettre en forme le signal élaboré par ledit premier étage et un troisième étage amplificateur associé à une source de tension de référence pour comparer le signal fourni par le deuxième étage amplificateur au signal engendré par ladite source. Grâce à l'invention, on fournit ainsi un procédé et un dispositif dont l'application peut facilement être mise en oeuvre et dont le contrôle peut être instantané moyennant des éléments d'une conception simple et, par conséquent, peut coûteuse. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple la Fig. 1 est une vue très schématique en élévation d'une machine souder par points,dans laquelle est incorporé un dispositif de contrôle de qualité suivant l'invention la Fig. 2 montre une vue en coupe axiale, à plus grande échelle, d'un détecteur de rayonnement utilisé dans la machine de la Fig. 1 la Fig. 3 est un schéma d'un circuit électronique utilisé avec le détecteur de la Fig. 2 les Fig. 4A à 4C montrent des graphiques de la tension en fonction du temps, destinés à illustrer le fonctionnement du circuit de la Fig. 3 ;; la Fig 5 est un schéma simplifié d'une installation de contrôle de la qualité de plusieurs points de soudure, dans laquelle sont utilisés plusieurs dispositifs de contrôle suivant l'invention la Fig. 6 montre un ensemble de courbes destinées à illustrer le fonctionnement de l'installation de la Fig. 5. La Fig. 1 montre,-très schématiquement, une machine de soudage par points comportant un bâti B, une potence P et des électrodes de soudage E1 et E2 enserrant deux pièces S1 et à souder ensemble, l'électrode supérieure E1 étant mobile par rapport à l'électrode inférieure E2. On sait que, lors du soudage, il se forme, autour du point de soudage proprement dit, une auréole a à très haute tempéra- ture constituant la zone affectée par la soudure. L'énergie calorifique apportée par les électrodes provoque, dans les pièces à souder; un certain rayonnement et elle -produit-notam- ment du rayonnement infrarouge. On a constaté que 11 intensité de ce rayonnement rend compte de la qualité de la soudure. L'invention se propose ainsi de mesurer l'intensité du rayon liement infrarouge et d'exploiter cette mesure pour un contrôle de qualité. A cet effet, sur la potence P, est monté un support 1 en forme de chape auquel est articulé un détecteur 2 de rayonnement infrarouge qui est pointé avec précision sur une partie de l'auréole a de la zone de soudage par des moyens appropriés comme, par exemple, ceux représentés au dessin. Le détecteur 2 est connecté à un circuit 3 d'exploitation des données de mesure par l'intermédiaire d'un câble 4. Selon l'exemple d'exécution représenté sur la Fig. 2, le détecteur 2 comprend un corps métallique 5, de piference de forme cylindrique, qui, du côté inférieur, présente un évidement 6 dans lequel est fixé un bloc de montage 7. Ce dernier sert de logement à une cellule photosensible 8, à un filtre infrarouge 9 et à une lentille de concentration 10, l'ensemble de ces éléments étant maintenu dans le bloc 7 à l'aide d'une -bague 11 vissée sur ce bloc. La cellule 8 est reliée au câble 4 par l'intermediaire d'un connecteur 12 monté dans le corps 5. Ce dernier comporte, à sa partie supérieure, deux tiges coaxiales et filetées 13 s'étendant latéralement et servant à la fixation sur la chape 1. A titre d'exemple, la cellule photosensible a une réponse o spectrale de 10.000 à 36.000 A , une sensibilité s de 0,4, s étant le rapport dans lequel Il est l'impédance avec la lumière ambiante, et est est l'impédance dans le noir, et un rapport signal/bruit à 20.000 de 55 dB. On peut utiliser notamment les types suivants - XB 300 fabriqué par Fuyitsu, et - TS 85 fabriqué par Toshiba. Le filtre infrarouge 9 a, de préférence, une caractéristique spectrale identique à celle de la cellule 8. Son utilisation est nécessaire pour éviter les fluctuations dues à l'éclairage ambiant. La lentille de concentration 10 permet de viser une zone bien déterminée de l'auréole a (Fig. 1) et évite ainsi que des rayonnements parasites,provoqués par exemple par des crachements, puissent impressionner la cellule 8. La Fig. 3 montre un mode de réalisation du circuit d'exploitation 3 qui est relié au détecteur que l'on vient de décrire. Ce circuit comprend un premier amplificateur opérationnel 14 dont la première entrée I est connectée au détecteur 2 par l'intermédiaire d'une borne d'entrée 15 et du câble 4. Une autre borne d'entrée 16 est connectée à l'autre pôle du détecteur 2 et à la sortie III de l'amplificateur- 14. De cette manière, le détecteur est branché en tant que résistance de réaction de l'amplificateur 14. Un circuit de polarisation 17, formé d'un réseau de résistances, permet d'appliquer les tensions convenables aux entrées I et Il, à partir d'une ligne de tension positive 18 qui est connectée à une source de tension stabilisée 19. Grâce au montage que l'on vient de décrire, la tension à la sortie de l'amplificateur 14 est directement proportionnelle à la résistance de la cellule photosensible 8. Une résistance 20 relie la sortie III de l'amplificateur 14 à l'une des entrées I d'un amplificateur différentiel 21 qui reçoit, sur sa seconde entrée, une tension de référence fournie par un réseau de résistances 22 connecté, par ailleurs, à la ligne 18. Une résistance réglable 23, destinée à adapter le circuit d'exploitation à l'intensité du rayonnement détecté, shunte l'amplificateur 21. La sortie III de ce dernier est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance 24, à l'entrée I d'un amplificateur comparateur 25, l'entrée étant connectée à la masse par une diode Zener 26 limitant la valeur du signal d'entrée à une valeur acceptable. La seconde entrée Il de l'amplificateur 25 est branchée sur un réseau de référence 27 qui est destiné à déterminer le niveau de comparaison NC (Fig. 4C) de cet amplificateur. Les Fig. 4A et 4B montrent des formes de signaux possibles aux points A et B du circuit d'exploitation 3. La Fig. 4C montre quelques créneaux possibles pour trois signaux de rayonnement apparaissant au point C du montage. On voit que la longueur du créneau est directement liée à l'intensité du rayonnement reçu par le détecteur 2. Le signal,apparaissant sous la forme de créneaux de longueur variable à la sortie 28 du circuit d'exploitation 3, peut être affiché directement sur un dispositif de visualisation (non représenté sur la Fig. 3), soit sous forme analogique par l'intermédiaire d'un intégrateur connu en soi, soit sous forme numérique à l'aide d'un montage logique convenable.te signal qui en résulte peut ainsi rendre compte de la qualité de la soudure réalisée. Jusqu'ici, on ne s'est préoccupé que du contrôle de la qualité d'un seul point de soudure à la fois. Evidemment, on peut exécuter ce contrôle sur des groupes de points, to's réalisés simultanément, moyennant quoi il faut prévoir autant de circuits d'exploitation 3 et de détecteurs 2 qu'il y a de points de soudure. Sur la Fig. 5, on a représenté le schéma simplifié d'une installation de contrôle destinée à être utilisée sur une machine de soudage par points multiples. Dans le mode de réalisation représenté, ces points soudés simultanément au cours d'un seul cycle de la machine sont au nombre de douze, nombre qui n'est naturellement pas limitatif. Cette installation comprend douze détecteurs 2-1 à 2-12, reliés respectivement à douze circuits d'exploitation, tous iden tiques à ceux décrits auparavant. Les sorties 28 des circuits d'exploitation 3-1 à 3-12 sont reliées en parallèle aux entrées respectives de deux groupes de portes 29 et 30. Le groupe 29 est constitué par des portes ET 29a, 29b et 29c, tandis que le groupe 30 contient des portes ET 30a, 30b et 30c. Les sorties des portes ET du groupe 29 sont connectées à un point de jonction 31 qui est lui-même relié à l'une des entrées d'une porte ET 32. Les sorties des portes ET du groupe 30 sont connectées à un point de jonction 33 qui est, à son tour, relié à l'une des entrées d'une porte OU 34. Pour réaliser l'affichage des créneaux le plus long et le plus court fournis par les douze circuits d'exploitation 3-1 à 3-12, et pour pouvoir ainsi juger de la qualité d'ensemble obtenue au cours d'un seul cycle de soudure, on a prévu un circuit logique de commande qui fonctionne à partir des données qui lui sont fournies par le courant alternatif du cycle de soudage. A cet effet, l'armoire à contacteurs 35, qui permet d'appliquer le courant principal de soudage aux électrodes de la machine à souder, comporte une ligne de commande 36 sur laquelle apparaît un signal rectangulaire (forme d'onde , Fig. #6) qui se maintient tant que le courant principal persiste (c'est- -dire pendant la première partie du cycle de soudure avant la phase de pression). La ligne 36 est connectée à un détecteur de passage par zéro 37 qui fournit une série d'impulsions dont chacune est engendrée par un passage par zéro du signal de la ligne 36 (forme d'onde B, Fig. 6). Ces impulsions sont appliquées à un diviseur programmable 38 commandé par un circuit de réglage 39 destiné à en régler le facteur de division. Le diviseur 38 fournit un signal (forme d'onde C, Fig. 6) dès qu'un nombre déterminé d'impulsions se sont présentées et ce signal est appliqué en parallèle à deux basculeurs 40 et 41. Ces derniers fournissent chacun deux sorties d'autorisation appliquées respectivement aux portes ET 32 et 34 par les lignes 42 et 43, et à deux autres portes ET 44 et 45 par des lignes 46 et 47. tes portes 44 et 45 comportent chacune trois entrées, la première étant reliée au basculeur correspondant, comme déjà indiqué, la deuxième à un oscillateur commun 48 fournissant des impulsions d'une fréquence déterminée, et la troisième à la sortie respective des portes 32 et 34. tes sorties des portes 44 et 45 sont reliées respectivement à des compteurs 49 et 50 qui, à leur tour, sont reliés, par l'intermédiaire de décodeurs 51 et 52, à des dispositifs d'affichage 53 et 54, représentant respectivement,sous forme numérique, le créneau le plus court et le créneau le plus long founis par les circuits d'exploitation 3-1 à 3-12. Bien entendu, le montage que l'on vient de décrire peut être en partie commune en insérant dans le circuit un commutateur électronique commutant alternativement sur le canal à créneau long et sur le canal à créneau court afin d'obtenir un affichage unique représentant les deux informations à la fois. Il est également possible de prévoir un affichage analogique à l'aide d'un intégrateur 55 couplé aux sorties des portes ET 32 et 34, et relié par ailleurs à un dispositif d'affichage analogique 56. tes formes d'onde D, E et F de la Fig. 6 représentent respectivement les signaux fournis par les portes ET 29a, 29b et 29c parmi lesquels la porte ET 32 choisit le plus court (forme d'onde H). La porte OU,34, par contre, choisira le signal le plus long (forme d'onde G). La porte ET 44 fournit donc un train d'impulsions dont le début est déterminé par l'instant auquel le diviseur 38 produit un signal de sortie et dont la fin est déterminée par la fin du créneau le plus court (forme d'onde J). Par contre, la porte ET 45 produit un train d'impulsions dont la longueur est déterminée par le même signal du diviseur 38, mais dont la fin correspond à celle du créneau le plus long (forme d'onde I). Alors que la mesure numérique décrite ci-dessus est réalisée au cours de l'opération de soudage à partir d'un instant qui est fixé par le diviseur programmable 38, la mesure analogique est réalisée, de préférence, en fin de soudage sous la commande de l'armoire à contacteurs 35. Les formes d'onde K et L représentent les signaux fournis par l'intégrateur 55 et appliqués au dispositif d'affichage 56 qui peut se présenter sous la forme d'un galvanomètre. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de l'apport en énergie calorifique d'un objet, notamment pour le contrôle de qualité d'une soudure, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter le rayonnement infrarouge dégagé par ledit objet par suite de son échauffement, à engendrer un signal de mesure proportionnel à l'intensité dudit rayonnement, à engendrer un signal de référence qui est fonction de l'apport en énergie désiré, à comparer ledit signal de mesure et ledit signal de référence et à afficher un signal de contrôle tant que ledit signal de mesure est supérieur audit signal de référence. 2. Procédé de contrôle suivant la revendication 1, caraçté- risé en ce qu'il consiste à intégrer ledit signal de contrôle et à afficher ledit signal de contrôle de façon analogique. 3. Procédé de contrôle suivant l'une quelconque des reven dicationsXl et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à transformer le signal de contrôle sous forme numérique et à l'afficher numériquement. 4. Procédé de contrôle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rayonnement infrarouge est détecté dans une gamme allant de 10.000 à 36.000 A environ. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé défini dans l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de rayonnement infrarouge (2) pointé sur la zone (a) de l'objet (S1, S2) chauffé, et un circuit d'exploitation (3) connecté à ce détecteur (2) et comprenant, montés en cascade, un premier étage amplificateur (14,17) destiné à fournir un signal électrique proportionnel au rayonnement infrarouge frappant ledit détecteur (2), un deuxième étage amplificateur (21,22) pour mettre en forme le signal élaboré par ledit premier étage (14,17) et un troisième étage amplificateur (25) associé a une source de tension de référence (27) pour comparer le signal fourni par le deuxième étage-amplificateur (21,22) au signal engendré par ladite source (27). 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les étages d'amplification (14,21,25) sont formés par des amplificateurs opérationnels. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ladite source de référence (27) comporte des moyens de réglage pour ajuster le niveau de comparaison en fonction de l'apport en énergie calorifique. 8. Appareil de contrôle de l'apport en énergie calorifique à plusieurs points d'un objet, notamment pour le contrôle simultané de la qualité de plusieurs soudures d'un même objet, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs dispositifs de contrôle tels que définis dans l'une quelconque des revendications 5 a 7, et des moyens logiques (29,30,32,34) poirsélectionner, parmi les signaux de contrôle issus desdits dispositifs (2-1 à 2-12, 3-1 à 3-12), le signal de durée la plus longue et/ou le signal de durée la plus faible. 9. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, des moyens (37cor 39) pour déterminer l'instant de passage desdits signaux de contrôle à travers lesdits moyens logiques (29,30,32,34) dans un cycle d'apport en énergie audit objet. 10. Appareil suivant la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens logiques comportent au moins un groupe (29, 30) de portes ET (29a à 29c et 30a à 30c) dont les entrées sont connectées respectivement aux sorties (28) desdits dispositifs de contrôle (2-1 a 2-12, 3-1 à 3-12) et dont les sorties sont connectées à l'une des entrées, soit d'une porte ET (32), soit d'une porte OU (34) dont l'autre entrée est connectée auxdits moyens (37 à 39) pour déterminer l'instant de passage. 11. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'affichage analogique (56) raccordés, par l'intermédiaire d'un intégrateur (55), auxdits moyens logiques (29,30,32,34). 12. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'affichage numérique (49 à 54) raccordés à au moins une porte ET (44,45), dont l'une des entrées est connectée à un générateur d'impulsion (48) et dont une deuxième entrée est raccordée auxdits moyens logiques (29,30,32,34). 13. Appareil suivant les revendications 9 et 12 prises ensemble, caractérisé en ce que ladite porte ET (44,45) est munie d'une troisième entrée raccordée auxdits moyens (37 à 39) pour déterminer l'instant de passage.