Brevet FR2373820A1 — publié le 19780707

La présente invention concerne un procédé d'asservissement de la distance séparant un objet d'une surface susceptible de réfléchir des ondes à hyperfréquence lorsque ledit objet doit défiler devant ladite surface. L'invention couvre en outre un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, applicable notamment à un appareil de soudage automatique à la torche de pièces métalliques de toutes formes et dimensions. On sait que dans le domaine du soudage automatique de pièces métalliques, on réalise un déplacement relatif d'une torche convenablement alimentée en fil de soudure et de la pièce sur laquelle doit etre effectué un cordon de soudure. Le déplacement relatif de la torche et de la pièce se traduit par un défilement dans lequel la torche doit être à une distance sensiblement constante de la surface ou dé l'arete de la pièce, quelle que soit la forme du contour de cette dernière. A cet effet, on connait des dispositifs d'asservissement de cette distance, que l'on peut classer en deux types principaux, à savoir, l'asservissement mecanique et l'asservissement optique. Dans l'asservissement mécanique, un ou plusieurs palpeurs fixes par rapport à la torche sont en contact avec la pièce et une variation de position se traduit généralement par la variation d'un signal électrique mettant en oeuvre un ensemble d'asservissement basé sur l'exploitation d'une tension d'erreur. Dans l'asservissement optique, les palpeurs sont remplacés par des ensembles susceptibles dévaluer des variations d'intensites d'éclairement, en lumière visible ou invisible, et donnant également naissance à un signal variable exploitable. Dans certains appareils connus, le circuit d'asservissement peut être du type à commande numérique. Ces modes d'asservissement ne donnent cependant pas satisfaction dans tous les cas, du fait notamment de leur fragilité ou de leur complexité. En outre, et en particulier avec la commande numérique, les appareils actuels ne sont pas adaptés à suivre avec des tolérances suffisantestous les profils de contours de pièces à souder. La présente invention vise à remédier aux inconvénients ci-dessus en fournissant un procédé simple mais précis et fiable d'asservissement de la distance entre un objet, tel qu'une torche,et la pièce, permettant de réaliser notamment des appareils de soudage automatique adaptés à toutes conditions de soudage. Le procédé selon l'invention est essentiellement caractérisé par le fait que l'on dispose en regard de la surface à suivre au moins un élément rayonant directif d'une onde d'émission à hyperfréquence, fixe par rapport à l'objet, que l'on recueille simultanément le rayonnement réfléchi par ladite surface sur ledit élément rayonnant, que l'on compare la phase de l'onde d'émission et de l'onde réfléchie et que l'on asservit la distance comprise entre ltoutil et ladite surface en fonction de la valeur du signal issu de la comparaison et par rapport à une distance de valeur prédéterminée. Pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, le dispositif selon l'invention est essentiellement caractérisé par le fait qu'il comprend une source d'ondes à hyperfréquence reliée à un premier et à un second coupleurs directifs en croix par leur première branche respective et dont les secondes branches sont respectivement reliées aux deux entrées d'un détec- teur symétrique comparateur de phase à hyperfréquence, les deux sorties dudit détecteur étant reliées à un circuit d'asservisse~ ment, la seconde branche du second coupleur étant reliée en outre à un élément rayonnant directif destiné à être disposé en regard de la surface réflectrice et fixe par rapport a' l'objet. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemples non limitatifs, faite en regard des dessins annexés sur lesquels : la fig. 1 représente un schéma d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; la fig. 2 représente une vue schématique d'un appareil de soudage muni de deux dispositifs selon l'invention; la fig. 3 représente schématiquement un détail du mode d'asservissement; et La fig. 4 représente une vue schématique d'une variante de réalisation du mode d'asservissement. En se référant à la fig. 1, une surface métallique S pré- sente un mouvement relatif F par rapport à une torche de soudage T, la distance d comprise entre la torche T et la surface S devant être maintenue sensiblement constante par asservissement. A cet effet, le dispositif selon l'invention comprend une source 1 d'ondes à hyperfréquence reliée à un premier coupleur directif 2 et à un second coupleur directif 3. Ces deux coupleurs peuvent être constitués par des organes connus en soi, sous le nom de coupleurs directifs 20dB. Le premier coupleur 2 comporte une première branche 4 perpendiculaire à une seconde branche 5, ces deux branches étant couplées de façon connue en soi par des orifices en croix 6, le couplage entre les deux branches étant matérialisé par les flèches fl et f2. La première branche 4 du premier coupleur 2 est reliée à la première branche 7 du second coupleur 3, du même type que le coupleur 2.La seconde branche 8 du second coupleur 3 est reliée à un élément rayonnant directif 9 (dit ciaprès antenne par simplification), fixe par rapport à la torche T et disposé de façon sensiblement perpendiculaire à la surface S. La liaison entre la branche 8 et l'antenne 9 peut par exemple être réalisée sous la forme d'un câble coaxial souple 10 d'impé- dance convenable. La seconde branche 8 du second coupleur 3 est en outre reliée une première entre 11 d'un détecteur symétrique, de référence générale 12, dont la seconde entrée 13 est reliée à la seconde branche 5 du premier coupleur 2. Le détecteur 12 est d'un type connu en soi et comporte deux diodes hyperfréquence 14 et 15. Ce détecteur 12 constitue un comparateur de phase dont le fonctionnement sera expliqué ci-après. Les sorties des diodes 14 et 15 sont respectivement reliées aux deux entrées 16 et 17 d'un étage soustracteur 18 compris dans un circuit d'asservissement de référence générale 19.La sortie 20 de l'étage soustractèur 18 est reliée à un amplificateur continu convenable 21 du signal de comparaison C, lui-même exploité par un dispositif mécanique d'asservissement (non représenté) de la distance d de la torche T à la surface S, la distance d étant prédéterminee. La source d'émission 1 est connue en soi et consiste par exemple en une diode dite "gun" dont la fréquence est fixée dans une gamme comprise entre 8 et 10 GHz. La source 1 alimente les deux coupleurs directifs 20 dB 2 et 3. En fonctionnement, l'énergie prélevée par le premier coupleur 2 est réfléchie dans la branche 5 par un court-circuit mobile 22 connu en soi et elle est renvoyée sur l'entrée 13 du détecteur symétrique 12. L'énergie prélevée par le second coupleur 3 est renvoyée a' l'antenne 9 et l'énergie réfléchie par la surface conductrice S placée en regard de l'antenne est renvoyée â l'entrée 11 dudit détecteur. Une charge 23, connue en soi, disposée dans la branche 7 du second détecteur 3 absorbe l'énergie restante et évite qu'elle soit renvoyée vers la source 1. Le détecteur symétrique constitue un comparateur de phase entre l'énergie prélevée directement sur la source et l'énergie réfléchie par la surface S. La tension continue recueillie sur les deux diodes hyperfréquence 14 et 15 est identique lorsque la phase entre les deux entrées est différente de 900. Le court-circuit Mobile 22, qui allonge ou raccourcit le chemin parcouru par l'énergie prélevée sur la source, est réglé pour annuler le taux d'ondes stationnaires de l'antenne, c'està-dire qu'il est réglé pour qu'il y ait une tension nulle entre les deux diodes quand il n'y a pas de surface réflectrice devant l'antenne. L'ensemble étant ainsi réglé, il existe devant l'antenne une série de points d'asservissement distants d'un quart d'onde le le premier point étant de & par rapport à l'extrémité de l'antenne la plus proche de la surface S. Les points à tension de sortie nulle présentent une variation de tension en fonction de la distance d, suivant une séquence alternative. 6 On peut réaliser différents types d'antenne en réduisant par exemple les dimensions du guide d'onde, progressivement, dans le sens de ltépaisseur et en adjoignant un réflecteur permettant la mesure à 900. En se référant aux fig. 2 et 3, on peut réaliser un ensem ble d'asservissement comportant deux dispositifs selon l'invention. Dans le cas d'une machine de soudage, par exemple, une torche 24 est disposée au droit d'une jonction entre deux pièces a' souder courbes 25 et 26 et réalise un cordon de soudure 27. Dans ces conditions, l'asservissement de la torche a lieu par rapport à deux axes perpendiculaires X et Y, par l'intermédiaire de deux antennes, l'une verticale 28 et l'autre horizontale 29, cette dernière étant disposée en avant de l'axe de rotation A de l'ensemble torche 24 - antenne 29 (Fig. 3). Les antennes orientent la torche par l'intermédiaire d'un moteur 30 et fournissent la direction du vecteur vitesse. La vitesse est fournie à un résolveur 31 sous forme d'une tension alternative et elle est répartie en deux vecteurs X et Y commandant le déplacement d'un chariot porteur approprié (non représenté) de la torche. En se référant à la fig. 4, on peut, dans certains cas, maintenir la torche 32 en position fixe, la ligne de soudure devant toujours être présentée à ladite torche selon un angle de 900. Dans ce cas, la pièce 33 est fixée sur un plateau tournant ou organe similaire comportant un moteur et un résolveur 34 lié à l'axe de rotation. L'antenne 35 donne au moteur les indications nécessaires pour maintenir la tangente t à la ligne de soudure horizontale et le résolveur réalise le changement de coordonnées du point de contact de la torche. La vitesse de déplacement de la torche est alors la somme algébrique de deux vitesses, à savoir,la vitesse de soudage désirée et affichée, et les composantes xésultant du changement de coordonnées du point de contact de la torche avec la ligne de soudure. Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra y apporter toute équivalence technique, sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'asservissement de la distance d'un objet par rapport à une surface en défilement â faire suivre à ce dernier et susceptible de réfléchir des ondes à hyperfréquence, par exploitation d'un signal de commande, caractérisé par le fait que l'on dispose en regard delta surface à suivre au moins un élément rayonnant directif d'une onde d'émission à hyperfréquence, fixe par rapport a' l'objet, que l'on recueille simultanément le rayonnement réfléchi par ladite surface sur ledit élément rayonnant, que l'on compare la phase de l'onde d'émission et de l'onde réfléchie et que l'on utilise le signal issu de la comparaison pour l'asservissement, par rapport à une distance de valeur prédéterminée multiple d'un quart d'onde a hyperfréquence. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on dispose deux éléments rayonnants directifs selon deux axes perpendiculaires par rapport à la surface réflectrice. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on commande la position de l'objet par rapport à la surface à suivre ou bien la position de la surface par rapport à l'objet. 4.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comprend une source d'onde à hyperfréquence reliée à un premier et à un second coupleurs directifs par la première branche respective desdits coupleurs, et dont les secondes branches sont respectivement reliées aux deux entrées d'un détecteur symétrique, les deux sorties dudit détecteur étant reliées à un circuit d'asservissement, la seconde branche du second coupleur étant reliée en outre à un élément rayonnant directif disposé en regard de la surface réflectrice et fixe par rapport à l'outil. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la seconde branche du premier coupleur comporte un organe mobile de court-circuit, destiné àl'annulation du dutaux d'ondes stationnaires de l'élément rayonnant. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la première branche du second coupleur directif comporte une charge d'absorption de l'énergie en excès par rapport au rayonnement par l'élément rayonnant. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que le circuit d'asservissement comr porte un étage soustracteur dont les entrées sont reliées aux sorties du détecteur, cet étage étant lui-meme relié à un amplificateur continu du signal issu du soustracteur et dont la sortie est reliée à un organe mécanique d'asservissement. B.- Appareil d'asservissement de la distance comprise entre un objet et une surface susceptible de réfléchir des ondes à hyperfréquence, caractérisé par le fait qu'il comporte deux éléments rayonnants directifs disposés selon deux axes perpendiculaires par rapport à ladite surface, chacun d'eux étant compris dans un dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7. 9.- Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'organe mécanique d'asservissement comprend un résolveur et un moteur connectés à l'objet ou à la surface à suivre. 10.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, appliqué au soudage automatique de pièces métalliques, dont la torche constitue l'objet et la pièce a souder constitue la surface réflectrice à faire suivre par ladite torche.