Brevet FR2318705A1 — publié le 19770218

La présente invention concerne le traitement automatique d'une pièce à profil variable et irrégulier, au moyen d'un outil à déplacement linéaire le long de la pièce. EI.le s'applique plus particulièrement à l'autoeaatisation des opérations de soudure autogène ou hétérogène de pièces de grandes dimensionsg telles que des containers maritines en acier, à profil cannelé Pour des pièces de grandes dimensions, assemblées par soudure autogène ou hétérogène, le travail du soudeur est pénible et l'attention demandée est permanente Malgré cela, la qualité de la soudure est incertaine et son aspect n'est pas satisfaisant du fait des arrêts inévitables et des reprises qu'elle implique. Pour anéliorer, d'une part, les conditions de travail et, d'autre part, la qualité de la pièce terminée, il est donc généralement indispensable d'automadser les opérations au maxinun. L'automatisatien des opérations de soudage ne pose pas de problèmes particuliers lorsque la pièce à traiter est à profil constant; par exemple rectiligne ou circulaire. Il suffit, en effet, de monter l'outil ou torche de sondage, sur un chariot porteur guidé par une voie s'étendant le long de la pièce à traiter. Des problèmes se posent, par contre, lorsque la pièce à traiter. est à profil variable, par exemple cannelé ou gaufré On a déjà proposé, dans ce cas, d'avoir recours à un calibre ou modèle-étalon sous le contrôle duquel la torche de soudage parcourt une trajectoire prédéfinie reproduisant exactement la forme du nodele-étalon Cette solution n'est toutefois satisfaisante que dans le cas où la pièce à réaliser a un profil constant et parfaitement régulier sur toute sa longueur e Par contre, lorsque lapièce à réaliser présente un profil non seulement variable mais également irrégulier, il n'est plus possible d'utiliser un calibre car la trajectoire de la torche doit varier à chaque instant de façon imprévisible et est différente pour chacune des pièces à réaliser. Dans le cas de certaines pièces à profil irrégulier, telles que des citernes ou des coques do bateaux, on a déjà proposé, à la place du calibre, d'accoster la zone à souder avec un palpeur mécanique9 tel qu'une molette ou une touche, qui assure, en principe, le maintien d'une distance prédéterminée entre-la torche et la pièce à souder. Les profils de ces pièces sont grossiers et relativement peu tourmentés et, d'une façon générale, la chaudronnerie lourde s'accoilmode assez bien de ce palpage approximatif et brutal. Ce procédé de palpage approximatif est, par contre, très peu satisfaisant dans le cas de pièces de grandes dimensions, telles que des containers maritimes, composées de panneaux cannelés de grande longueur, an tole fine, devant être soudées sur une ossature de base.Ces panneaux, bien que d'aspect apparemment identique, sont an réalité très différents les uns des autres. Pr exemple, pour des panneaux cannelés ou gaudrés de plusieurs mètres de longueur, on constate, du fait de leur élasticité et/ou sous l'influence de variations des conditions thermiques, des variations de longueur pouvant aller jusqurà 15 mmo L'essemblage par soudure de tels panneaux sur l'ossature de base pose donc un problème particulier en ce qui concerne le maintien précis de l'outil ou torche de soudage à une distance prédéterminée de la pièce à traiter. C'est ce problème auquel la présente invention apporte une solution nouvelle et originale. Dans son aspect le plus général, concernant le traitement automatique d'une pièce à profil variable et irrégulier, au moyen d'un outil (tel qu'une torche de soudage) à déplacement linéaire le long de la pièce, l'invention cor.- siste en un procédé suivant lequel on assure, au cours de son déplacement, le maintien précis de l'outil à une distance prédéterminée de la pièce au moyen d'un dispositif de copiage hydraulique ou pneumatique comprenant un palpeur en contact continuel avec la surface de la pièce au voisinage irnmédiat de l'outil de traitement, Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention part d'une installation de traitement automatique, de type connu en soi, comprenant une voie principale s'étendant le long de la pièce à traiter, un chariot porteur principal mobile sur la voie principale et équipé d'un moteur d'en traitement, une voie auxiliaire perpendiculaire à la voie principale et portée par le chariot principal, un chariot auxiliaire mobile le long de la voie auxiliaire, et un outil de traitement (par exemple, une torche de soudage) porté par le chariot auxiliaire. Suivant l'invention, l'installation de traitement automatique comprend un dispositif de copiage à fluide hydraulique ou pneumatique comportant, en combinaison, un vérin à fluide à double effet, porté par le chariot principal et présentant un organe mobile-actionnant le chariot auxiliaire, un distributeur de fluide porté par le chariot principal et présentant un organe mobile réglant l'alimentation du vérin en fluide, et des moyens pour actionner l'organe mobile du distributeur en fonction du profil de la pièce à traiter, lesdits moyens comprenant un palpeur en contact avec la surface de la pièce à traiter, au voisinage immédiat de l'outil de traitement, un bloc porte-palpeur solidaire du palpeur, porté par le chariot principal mais réglable en position par rapport à celui-ci et fixé à l'organe mobile du distributeur, et des doyens élastiques interposés entre le bloc-palpeur et le chariot principal, de manière à repousser continuellement ledit palpeur depuis ledit chariot contre la surface de la pièce à traiter. Le dispositif de copig utilisé conformément à l'invention permet un palpage très fin de la pièce ellemAeme et, par conséquent, un copiage extrêmement précis de son profil variable et irrégulier destiné à être reproduit par l'outil de traitement (tel que la torche de soudage). Suivant une autre disposition de l'invention, applicable notamment au cas où la pièce à traiter présente un profil cannelé composé d'une succession de fonds et de sommets réunis entre eux par des portions obliques, l'installation comprend, en outre, un variateur de vitesse du moteur d'entraenement du chariot principal, et des moyens sensibles au pro fil de la pièce et commandant le variateur de vitesse de manière que le chariot principal soit entraîné à une première vitesse le long des sommets et des fonds du profil et à une deuxième vitesse, réduite par rapport à la première, le long des portions obliques de ce profil Cette disposition permet à ltoutil de traitement (torche de soudage) de toujours conserver la même vitesse par rapport à la pièce. Suivant une autre disposition de l'invention, des moyens sensibles au profil de la pièce permettent de faire varier ltorientation de l'outil en fonction de ce profil, de façon que cet outil se présente toujours sous l'angle le plus favorable par rapport à la pièce La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant des dessins que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention L figure 1, est une vue schématique, en élévation latérale,dtune installation de traitement automatique (dais exemple représenté, de soudage automatique) conforme à l'invention, d'une pièce à profil variable et irrégulier, ladite installation comprenant notamment un dispositif hydraulique ou pneumatique de copiage du profil de la pièce. La figure 2 est une vue schématique, en coupe et à plus grande échelle, du dispositif de copiage de profil représenté à la figure 1. La figure 3 est une vue schématique en perspective illustrant l'alimentation d'une torche de soudage faisant partie de l'installation de soudage représentée à titre d'exemple. La figure 4 est une vue schématique en perspective illustrant des moyens permettant de faire varier, d'une part, l'orientation et, d'autre part, la vitesse de translation d'un outil de traitement Cdans l'exemple représenté, une torche de soudage) faisant partie de l'installation conforme à l'invention. La figure 5 est une vue schématique*e plan, de la partie de l'installation représentée à la figure 4. On supposera ci-après que l'installation de traitement représentée sur les figures est une installation de soudage automatique visible dans son ensemble sur la figure 1 Cette installation comprend notamment un outil de traitement constitué, dans cet exemple, par une torche de soudage désignée par le repère 1. On supposera également que la pièce à traiter (dans cet exemple, à souder) est un container maritime 2 constitué de vanneaux 3 devant etre soudés, à leur arete inférieure à une ossature inférieure 4, et à leur arête supérieure à une ossature supérieure 5. Les panneaux 3 sont en tôle d'acier de faible épaisseur comprise, par exemple, entre 15/1- et 20/10 mm Ils présentent, chacun, une grande longucur (par exemple, de l'ordre de plusieurs mètres) et un profil cannelé, visible aux figures 4 et 5, composé d'une succession de fonds (tels que c-d) et de sor.mlets (tels nue a-b et e-f) réunis entre eux par des portions obliques "descendantes"(telles que b-c) et Itremontantes" (telles que d-e) L nstallation représentée à Is figure 1 comprend une voie principale 6 constituée de deux rails s'étendant le long du container à souder Sur cette voie roule un chariot porteur principal 7 composé essentiellement d'un plateau 8 au centre duquel s'élève une colonne verticale 9 à glissière 10. Sur cette colonne coulisse un bras horizontal Il àl'extrémité duquel est disposée la torche de soudage 1 Ce coulissement vertical est obtenu au moyen d'une vis sans fin 12 actionnée par un moteur 13 Le déplacement horizontal du chariot sur la voie principale 6 (indiqué par la flèche F sur les figures 4 et 5) est commandé par un moteur 14 équipé d'un variateur de vitesse 15 et il permet d'effectuer les soudures horizontales du container, en l'occurrence la liaison entre les panneaux 3 et les ossatures inférieure 4 et supérieure 5. Le déplacement vertical du bras 11 sur la colonne centrale 9 permet d'cffectuer les soudures verticales du container, en 1 'occurrence la liaison entre les panneaux 3 successifs.Sur ce chariot, une passerelle annexe 16 accessible par un escalier 17 permet d'accéder à la partie supérieure du container à souder La torche de soudage 1 fait partie d'un matériel de soudage d'un type connu en soi, représenté à la figure 3 Cette torche est tubulaire et coudée, avec une arrivée centrale de fil fusible 18 et une diffusion annulaire de gaz de protection s'échappant par une buse 19. Le fil fusible 18 provient d'une bobine 20 qui se déroule sous l'action d'un moteur de dévidage 21. Le gaz de protection provint d'une bouteille 22 et il pénètre dans la torche 1 par des canalisations 23, 24.Un générateur électrique de soudage 25 fournissant un courant de plusieurs centaines d'ampères est relié par un premier conducteur électrique 26 à la torche 1, et par un deuxième conducteur électrique 2, au container à souder 2 qui est mis à la masse. O se reportera maintenant à la figure 2 relative à certaines particularités essentielles de la présente invention. OAl reconnaît, sur cette figure 1e bras horizontal Il solidaire du chariot principal 7 Le bras Il est équipé d'une voie auxiliaire 28 perpendiculaire à la voie principale 6 (voir figure 1) et sur laquelle peut coulisser un chariot auxiliaire 29 portant la torche de soudage 1. On a désigné par le repère 30 un vérin à fluide à double effet comprenant un piston 31 solidaire du bras 11 (et donc du chariot principal 7), et un cylindre 32 mobile par rapport audit bras et permettant d'actionner le chariot auxiliaire 29, de manière à le faire coulisser sur la voie auxiliaire 28.Ce vérin comprend deux chambres 33, 34 reliées respectivement par des canalisations 35, 36 à un distributeur de fluide 37 porté par le bras horizontal 11 (et donc par le chariot principal 7)0 Dans cet exemple, le distributeur 37 est alimenté en fluide hydraulique (huile) par une canalisation 38 reliée à une pompe hydraulique (non représentée) Qui est plongée dans un réservoir d'huile 39 et est entraînée par un moteur 40. Le retour du fluide hydraulique au réservoir 39 se fait par une canalisation 41. Il va de soi Que le fluide hydraulieue pourrait être remplacé par un fluide pneumatique (air comprimé). Le distributeur 37 présente un organe mobile constitué par un tiroir 42 permettant de régler l'alimenta- tion du vérin en fluide, en dirigeant le fluide dans l'une ou l'autre des deux chambres 33 34 du vérin Le tiroir 42 est solidaire d'une tige de commande 43 fixée à un levier coudé 44 qui est articulé au bras 11 (et donc au chariot principal 7) autour d'un axe 45 parallèle à la voie principale 6. Le levier coudé 44 s'étend jusqu'au voisinage du container 2 à souder et il constitue un bloc porte-palpeur à llune des extrémités duquel est fixé de façon réglable un palpeur 46 en contact avec la surface du container à souder, au voisinage immédiat de la torche de soudage 19 Des moyens élastiques, tels qu'un ressort 47, sont interposés entre le bloc porte-palpeur 44 et la partie fixe du distributeur 37 qui est solidaire du bras 41 et donc du chariot principal 70 Ce ressort a pour effet de repousser continuelleme^t le palpez 46 depuis ledit chariot contre la surface du container à souder. A son extrémité opposée au palpeur 46, le bloc porte-palpeur 44 prend appui accessoirement, par une tige 485 contre une came 49 manoeuvrée par un levier 50 servant à commander manuellement, par basculement du bloc portepalpeur, le recul rapide du chariot auxiliaire 29 hors de sa position de travail. En supposant, par exemple, que la torche 1, après avoir soudé le sommet a-b du profil parallèle à la voie principale 6 (voir figure 4), aborde la portion oblique descendante b-c de ce profil, le palpeur 46 continue à être appliqué contre cette portion oblique sous l'effet du ressort 47. Il en résulte que le bloc porte-palpeur 44 tourne autour de l'axe 45 et entraîne, par l'intermédiaire de la tige de commande 43, le tiroir 42 du distributeur 37, de façon à diriger du fluide dans j chambre 33 du vérin 30. Le vérin 30 repousse alors le chariot auxiliaire 29 vers le container (vers la gauche, sur la figure 2), de sorte que la torche 1 continue à rester à la bonne distance du container à souder Réciproquement, lorsque le palpeur 46 aborde la portion oblique remontante d-e de ce profil, le tiroir 42 du distributeur est actionné de façon à diriger du fluide dans la chaiabre 34 du vérin 30 Le vérin 30 repousse alors le chariot auxiliaire 29 en sens opposé (vers la droite sur la figure 2) L'ensemble formé par le chariot auxiliaire 29, son vérin de commande 30, le distributeur 37, le palpeur 46 et le bloc porte-palpeur 44, constitue donc un dispositif de copiage à fluide hydraulique ou pneumatique permettant d'assurer avec précision le maintien de la torche de soudage 1 à une distance prédéterminée du container à souder, en suivant exactement le profil variable et relativement irrégulier de ce dernier, au cours du déplaceme::lt linéaire de ladite torche le long du container On se reportera maintenant aux figures 4 et 5 relatives à d'autres dispositions de l'invention Comme le montrent ces figures (voir également figures 2 et 3), la torche de soudage 1 est solidaire d'un sabot porte-torche 51 monté coulissant dans une glissière 52 en forme d'arc de cercle solidaire du chariot auxiliaire 29 (voir figure 2) Le centre O de cet arc de cercle (voir figure 5) est sensiblement confondu avec le point d'intersection du container 2 et du prolongement de la torche de soudage 1, c'est-à-dire avec le point d'impact du fil fusible 18 sur le container. Un vérin 53 est attelé au sabot 51, de manière à permettre de déplacer ce dernier dans la glissière.Comme le montre la figure 5, le sabot 51 (et donc la torche de soudage 1) peut occuper trois positions, à savoir une position OX pour le soudage des sommes (a-b; e-f; ..) et des fonds (c-d, g-h; ...) du profil* une position 0T pour le soudage des portions obliques remontantes (d-e; h-i; ..) du profil, et une position OZ pour le soudage des portions obliques descendantes (b-c; f-g; ..) du profil cannelé du container.A l'entrée du vérin 53 se trouve une électrovalve 54 qui reçoit des infr- mations électriques d'un dispositif 55 sensible au profil du container Cette électrovalve commande le vérin 53 de manière à faire varier l'orientation de la torche 1 en fonction de ce profil Dans l'exemple représenté, le dispositif 55 sensible au profil du container comprend une semelle 56 solidaire du bras 11 (et donc du chariot principal 7) et comportant une glissière 57 parallèle à la voie auxiliaire 28 (voir figure 2).Le long de cette glissière se déplace un curseur 58 qui présente deux extrémités opposées 58a et 58b frappées successivement par un organe mobile 59 solidaire du chariot auxiliaire 29, de manière à repdrer chaque fois le sommet (a-b; e-f ..) et le fond (c-d; g-h;..) du profil du container. Chacune des deux extrémités du curseur 58 est équipée d'un contacteur électrique 60a, 60b terminé par un doigt de commande 61a, 61b frappé par l'organe mobile 59 de manière à actionner le contacteur correspondant. La distance entre ces deux doigts de co...mande est égale ou légèrement inférieure à la profondeur du profil du container. Les contacteurs 6osa, 60b envoient des signaux électriques, d'une part à l'électrovalve 54 (voir figure 5) commandant le vérin 53 et, d'autre part, au variateur de vitesse 15 du moteur d'entraînement 14 du chariot 1principal (voir figure 1). Les contacteurs précités et le variateur de vitesse 15 sont agencés de façon telle que le chariot principal 7 soit entratné à une première vitesse le long des sommets et des fonds du profil du container, et à se deuxième vitesse, réduite par rapport à la première, le long des portions obliques de ce profil. Il en résulte que la torche de soudage 1 se déplace toujours a la même vitesse et avec une orientation correcte par rapport à l'ensemble du profil Il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et qu'il serait possible de le modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention C'est ainsi que le procédé et le dispositif de copiage décrits dans un domaine d'application préféré (celui du soudage de contai ners à profil cannelé), peuvent être employés dans d'autres domaines très différents. La torche de soudage 1 serait alors remplacée par un autre outil de traitement, par exemple un pistolet à peinture, un pistolet à mastic, un pistolet à achopper, etc.. REVEDICATIOS 1. Procédé de traitement automatique d'une pièce à profil variable et irrégulier, au moyen d'un outil à déplacement linéaire le long de la pièce, caractérisé en ce que l'on assure, au cours de son déplacement, le maintien de l'outil à une distance prédéterminée de la pièce au moyen d'un dispositif de copiage hydraulique ou pneumatique conpr- nant un palpeur en contact continuel avec la surface de la pièce au voisinage immédiat de l'outil 2 Installation de traitement automatique d'une pièce à profil variable et irrégulier, du type ComDrcnant une voie principale s'étendant le long de la pièce à traiter7 un chariot porteur principal mobile sur la voie principale et équipé d'un moteur d'entrainemeslt, une voie alexiliaire perpendiculaire à la voie principale et portée par le chariot principal, un chariot auxiliaire mobile le long de la voie auxiliaire, et un outil de traitement porté par le chariot auxiliaire, ladite installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de copiage à fluide hydraulique ou pneumatique comportant, en combinaison - un vérin à fluide à double effet, porté par le chariot principal et présentant un organe mobile actionnant le chariot auxiliaire;; - un distributeur de fluide porté par le chariot principal et présentant un organe mobile réblant l'alimentation du vérin en fluide; et - des moyens pour actionner l'organe mobile du distributeur en fonction du profil de la pièce à traiter, lesdits moyens comprenant - un palpeur en contact avec la surface de la pièce à traiter, au voisinage immédiat de l'outil de traitement; - un bloc porte-palpeur solidaire du palpeur, porté par le chariot principal mais réglable en position par rapport à celui-ci et fixé à l'organe mobile du distributeur; et - des moyens élastiques interposés entre le bloc porte-palpeur et le chariot principal, de manière à repousse ser contienuellement ledit palpeur depuis ledit chariot contre la surface de la pièce à traiter 30 Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le bloc porte-palpeur est articulé au chariot principal autour d'un axe parallèle à la voie principale. 40 Installation suivant la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une glissière solidaire du chariot auxiliaire et présentant une forme d'arc de cercle dont le centre est sensiblement confondu avec le point d'intersection de la pièce et du prolongement de l'outil de traitement, un sabot porte-outil solidaire dudit outil et monté coulissant dans ladite glissière, un vérin attelé audit sabot et permettant de le déplacer dans ladite glissière, et des moyens sensibles au profil de la pièce et commandant ledit vérin de manière à faire varier l'orientation de l'outil en fonction de ce profil 5.Installation suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, applicable au cas où la pièce à traiter présente un profil cannelé composé d'une succession de fonds et de sommets réunis entre eux par des portions obliques, caractérisée en ce qu'elle comprend un variateur de vitesse du moteur d'entratnement du chariot principal, et des moyens sensibles au profil de la pièce et commandant ledit variateur de vitesse, de manière que ledit chariot principal soit entraîné à une première vitesse le long des sommets et des fonds du profil et à une deuxième vitesse, réduite par rapport à la première, le long des portions obliques de ce profil 60 Installation suivant la revendication 5 > caractérisée en ce que les moyens sensibles au profil de la pièce comprennent une glissière solidaire du cha iot principal et parallèle à la voie auxiliaire, et un curseur mobile le long de ladite glissière et présentant deux extrémités oppo- sées frappées successivement par un organe solidaire du chariot auxiliaire de manière à repérer chaque fois le sommet et le fond du profil, et dont chacune est équipée d'un contacteur électrique ém ttant un signal électrique à destination dudit variateur de vitesse. 7. Installation suivant la revendication 6, considérée en combinaison avec la revendication 4, caractérisée en ce que les signaux électriques émis par lesdits contacteurs sont également destinés à une électrovalve associée au vérin de commande d'orientation de l'outil.