Brevet FR2394357A1 — publié le 19790112

La présente invention concerne de manière générale les mesures de contrôle des opérations de soudage et se rapporte plus particulièrement à un système de contrôle d'opérations d'une soudeuse par points en réponse à la détection d'une expulsion à l'emplacement de la soudure. On emploie largement des procédés tels que procédé de soudure par points à résistance, par exemple, dans les lignes d'assemblage de fabrication d'automobiles. Le procédé utilisé dans la plupart des opérations de soudage industrielles consiste à prédéterminer la période de chaque soudure. Afin d'assurer à la soudure une bonne qualité, cette période de soudure est généralement réglée à une valeur plus grande que celle nécessaire pour obtenir une bonne qualité de soudure afin de compenser la possibilité d'usure des électrodes soudeuses ou la présence de contaminant dans ces électrodes ou à la surface à souder.D'autres raisons conduisant à régler le temps de soudure à une période beaucoup plus longue que nécessaire pour obtenir une bonne soudure, proviennent du besoin de compenser un alignement mécanique incorrect, d'employer le Ioême pistolet pour souder des métaux de diverses épaisseurs, et de compenser les variations de l'alimentation en courant électrique de soudage. La période de soudure de longueur surabondante, employée dans les installations de fabrication des centaines de milliers de fois chaque Jour, conduit à un important gaspillage de courant électrique, ce qui est coûteux et dépensier en ressources d'énergie disponible. Cette façon de faire conduit aussi à une augmentation d'usure des électrodes soudeuses ce qui nécessite des rechanges fréquents et coûteux de ces électrodes. On a donc clairement besoin d'un système de contrôle automatique en cours d'opération pour exécuter une soudure par points à résistance, afin de réduire la consommation d'énergie et le coût de production, tout en assurant aux soudures une qualité élevée fiable, dans des conditions de production en masse. D'ailleurs le besoin d'un tel système de contrôle de soudure devient plus prononcé alors que les conditions de soudure sont modifiées par l'emploi croissant de nouveaux métaux et revête- ments tendant à réduire le coût et le poids des articles fabriqués les systèmes de correction connus de soudure automatique ne conviennent pas à cette application, car ils sont trop compliqués, coûteux et délicats pour usage industriel sur une grande échelle. De plus, bien que certains systèmes connus de contrôle de soudure convienent à l'emploi sur les soudeuses à piètement rigide, ils ne peuvent autre utilisés sur les pistolets soudeurs, flexibles et portatifs que l'on emploie la plupart du temps pour la soudure par points. Le concept conduisant à utiliser la détection de l'émission acoustique, produite au cours d'une opération de soudure, à la terminaison d'une bonne soudure, pour mettre fin à l'opération en temps approprié, est décrit dans le brevet U.S. N0 3 824 377 cédé à la présente demanderesse. Bien que le système de contrôle que décrit ce brevet décèle effectivement l'expulsion et termine ensuite l'opération de soudure, ce système a certains inconvénients, dans la manière de comparaison des signaux d'émission accoustique détectés, et dans la manière selon laquelle la période de détection de l'émission acoustique est contrôlée pour éviter une terminaison prématurée de l'opération de soudure.Ces inconvénients, de même que la complexité relative du système décrit par ce brevet, en ont jusqu'à présent limité l'emploi dans les opèrations de soudure pour production en masse. Un objet de l'invention est donc de réaliser un système de contrôle de soudure qui réduise notablement la consommation d'énergie électrique, particulièrement aux taux élevés de période de pointe, et qui augmente notablement la durée des électrodes soudeuses. Un autre objet de l'invention est de réaliser un système de contrôle de soudure assurant des soudures de haute qualité en opérations de production en masse et réduisant le temps et le coût de ces opérations. L'invention a aussi pour objet de réaliser un système amélioré de contrôle de soudure, dans lequel une opération de soudure se termine par détection de l'expulsion à l'emplacement de la soudure, et qui termine de manière fiable l'opération de soudure en temps approprié. Dans le système selon l'invention, l'expulsion à l'emplacement de la soudure est décolée sous forme d'émission acoustique par un détecteur d'émission acoustique monté sur le pistolet soudeur. les signaux d'émission acoustique font l'objet d'une moyenne et sont comparés au niveau instantané du signal d'émission acoustique. Quand la différence entre ces signaux dépasse une quantité préréglée déterminée par ajustement à hystéresis, ceci engendre un signal indiquant qu'une expulsion se produit à l'emplacement de la soudure. Ce signal d'expulsion est traité et appliqué au contrôleur de soudure pour mettre fin à l'opération de soudage. Puisque d'ordinaire des signaux d'émission acoustique à haute amplitude sont engendrés au début d'un cycle de soudage et peuvent être de la même amplitude que celle produite par expulsion , le système selon l'invention est muni en outre de moyens pour inhiber la génération d'une terminaison de soudure jusqu'à expiration d'une période prédéterminée. Dans le système selon l'invention, ceci s'accomplit en établissant un retard de cycle de soudure par comptage de signaux de synchronisation dérivés du contrôleur de soudure et en phase avec luioLe comptage de ces signaux commence au début du cycle de soudure et prend fin quand le comptage de signaux de synchronisation atteint le délai souhaité, le signal d'expulsion étant à cet instant transféré, à travers une porte, à une mémoire d'expulsion où il est emmagasiné. Lors de la présence du signal suivant de synchronisation, un signal de terminaison de soudure est engendré et appliqué au contrôleur de soudure pour terminer le cycle de soudure. les objets, caractéristique et avantages de l'invention ressortiront par ailleurs de la description que l'on va en donner ci-après portant sur un mode de réalisation choisi à titre d'exemple et représenté sur la figure unique du dessin annexé. Dans le mode de réalisation indiqué sur ce dessin, un système de contrôle de soudure selon l'invention est employé en association avec un pistolet 10 de soudure par points qui comporte, de manière classique, des bras 12 et 14 portant des électrodes soudeuses respectives 16 et 18. Dans une opération de soudure, les électrodes sont mises en contact avec une surface métallique et alimentées en courant de soudage. Le fonctionnement du pistolet soudeur est contrôlé par un contrôleur de soudage classique 20 qui, sous contrôle de la soudeuse, applique du courant à un transformateur de soudure 22 lequel à son tour fournit une plus grande quantité de courant aux électrodes soudeuses. Le système de contrôle de l'invention surveille l'opération de soudage du pistolet soudeur, et termine automatiquement, à l'instant approprié, l'opération de soudage, quand il se produit une croissance suffisante de pépite correspondant à une bonne soudure. Le système emploie le principe selon lequel, après formation d'une pépite de soudure suffisante, il se produit, avec beaucoup de métaux, ure expulsion de la matière fondue hors de la zone de pépite, expulsion que l'on peut détecter par technique d'émission acoustique. Le système selon l'invention emploie ce principe pour terminer le cycle de soudage de manière sure, si une telle expulsion se produit après une période prédéterminée permettant une croissance de pépite suffisante. X cette fin, un détecteur 24 d'émission acoustique qui peut, comme dans le brevet précité, prendre la forme d'un élément céra-mique piezoélectrique à fréquence résonnante de 800 kEzt est monté ou serré sur le bras 14 du pistolet soudeur 10. le détecteur 24 produit des signaux électriques en réponse à l'atsrrence- d'une expulsion dans l'emplacement de la pépite de soudure. Ces signaux sont appliqués à l'entrée d'un pré-amplificateur 26 qui augmente l'amplitude des signaux d'émission acoustique d'expulsion et qui applique ces signaux à un amplificateur et filtre passe-bande 28 lequel amplifie encore et filtre ce signal-. La sortie de l'amplificateur 28 est appliquée à-un atténuateur variable à ajustage de gain 30 dans lequel le niveau des signaux d'émission .accoustiqu# amplifié peut être ajusté à la hauteur souhaitée. La sortie de l'atténuateur à ajustage de gainest appliquée à l'entrée d'un moyenneur de signaux désigné par l'indice 32, qui comprend un amplificateur A à gain unité, ayant un circuit parallèle consistant en une résistance R et un condensateur C branchés en rétro-action entre sa sortie et l'une de ses entrées. L'autre entrée de l'amplificateur s est branchée à une tension de repère, par exemple une prise de terre. ira sortie de l'atténuateur 30 à ajustage de gain est aussi appliquée directement à une entrée d'un comparateur ou détecteur de différence 34.La sortie du moyenneur de signaux 32 est appliquée à l'autre entrée du détecteur 34. Le détecteur 34 compare la moyenne des signaux d'émission acoustique produits au cours du cycle de soudage, moyenne élaborée par le moyenneur de signaux 32, avec l'amplitude instantanée du signal d'émission acoustique émanant directement de l'atténuateur 30 à ajustage de gain. Quand la différence entre ces signaux dépasse une quantité pr#édéterminée, réglée par une résistance variable 36 à ajustage d'hystérésis branchée entre la sortie et une entrée du comparateur 34, l'état de sortie du détecteur 34 change pour produire une sortie ou signal d'expulsion qui indique la présence d'une expulsion à l'emplacement de la soudure. Comme décrit ci-après plus en dâtail, ce signal est traité et employé pour mettre fin au cycle de soudage. On a observé qu'une expulsion à l'emplacement de soudure peut également se produire au début d'un cycle de soudage. Le système de contrôle de l'invention comprend des moyens pour s'assurer que l'opération de soudure se termine par détection d'une expulsion à l'emplacement de la soudure uniquement après un intervalle approprié correspondant à l'intervalle de soudage anticipé. À cette fin, la partie de détection d'expulsion du système est désactivée au début d'un cycle de soudage pour une période prédéterminée que l'opérateur peut contrôler avec précision. Ainsi, comme représenté, la sortie du détecteur de différence 34 est appliquée à une sortie d'un conditionneur 38 ou porte ET, qui n'est activé qu'après un intervalle neutre prédéterminé comme décrit ci-après. la sortie de la porte 38 qui est le premier signal d'expulsion suivant l'intervalle prédéterminé est appliquée à une mémoire d'expulsion 40 qui peut être un bistable. La mémoire 40 emmagasine le signal d'expulsion et l'applique à une entrée d'une porte 42 de contrôle de soudeuses. La porte 42 reçoit à son autre entrée les signaux de synchronisation à 60Hz du contrôleur de soudeuses 20, de sorte qu'à l'occurrence de la première impulsion de synchronisation suivant la production d'un signal d'expulsion de la manière que l'on a décrite, un signal de terminaison de soudure se produit à la sortie de la porte 42. Ce signal est appliqué par l'intermédiaire d'un transistor avec émetteur à la masse, au contrôleur de soudeuses 20 pour mettre fin ainsi au cycle de soudage. les signaux de synchronisation à 60Hz sont également utilisés pour déterminer la période au cours de laquelle un signal d'expulsion engendré au détecteur 34 peut être appliqué à la porte de contrôle 42 en déterminant la période pour laquelle la porte 38 est activée, pour transférer ainsi au bistable de mémoire 40 le signal d'expulsion produit par le détecteur de différence 34. Comme indiqué, les signaux de synchronisation à 60 Hz sont appliqués, à partir du contrôleur de soudeur 20, à un compteur 44 de retard de cycle qui compte ces signaux de synchronisation. Le compte instantané de signaux provenant du compteur 44 est appliqué à une entrée d'un comparateur numérique 46 qui reçoit à son autre entrée un compte de cycles prédéterminé provenant d'un commutateur 48 à cycle de soudage rotatif qui est réglé en termes de nombre de cycles à 6Q Hz pour établir un intervalle de retard prédéterminé au cours duquel la porte d'expulsion 38 est désactivée. Quand le compte du compteur 44 égal au compte prédéterminé produit par le commutateur de cycle de soudage 48, le comparateur 46 produit sur une ligne 50 un signal de mise en activité, qui est appliqué à la porte 38 pour activer celle-ci et lui permettre de-transmettre le signal d'expulsion suivant à la mémoire 40. Une fois un cycle de soudage terminé comme décrit ci-dessus, le contrôleur de soudeuses 20 produit un signal d'intervalle de soudure qui est appliqué au compteur 44 pour le remettre en état en vue du cycle de soudage suivant. Le signal d'intervalle de soudage est également appliqué par une ligne 52 à la porte 38 pour désactiver celle-ci, ce qui empêche tous signaux d'expulsion ultérieurs provenant du détecteur de différence 34 de s'appliquer à la mémoire 40 jusqu'au cycle de soudage suivant. On voit ainsi que la période entre le signal de mise en activité provenant du comparateur 46, et le signal d'intervalle de soudage sur la ligne 52, détermine l'intervalle de soudage au cours duquel la détection d'une expulsion à l'emplacement de soudure est capable de mettre fin à l'opération de soudage. Il ressort de ce qui précéde que l'invention fournit un système amélioré de contrôle de soudage permettant d'accomplir un contrôle précis du cycle de soudage en décelant I'ocwrrence d'une expulsion à l'emplacement de la soudure pour terminer l'opération de soudage quand se forme une soudure optimale. Il est entendu par ailleurs, que les dispositions décrites et représentées, pourront se prêter et donner lieu à des modifications et variantes, sans sortir, pour autant, du cadre de I' invention.- REVENDICATIONS 1. Appareil de contrôle de soudage comportant des moyens adjacents à l'emplacement d'une soudure pour déceler l'émission acoustique produite audit emplacement pendant une opération de soudage, des moyens connectés auxdits moyens de détection d'émission acoustique pour produire un signal électrique d'émission acoustique ayant une amplitude en rapport avec l'amplitude de l'émission acoustique à l'emplacement de la soudure, caractérisé par des moyens connectés auxdits moyens de production de signal d'émission acoustique pour intégrer ledit signal électrique et former un signal moyen d'émission acoustique, des moyens fonctionnellement accouplés auxdits moyens de formation de moyenne de signal et auxdits moyens de production de signal pour comparer l'amplitude relative du signal moyen d'émission acoustique et le niveau instantané dudit signal électrique et pour produire un signal de contrôle quand la différence entre lesdits signaux moyen et instantané égale ou dépasse une valeur prédéterminée, et des moyens pour accoupler ledit signal de contrôle à un contrôleur de soudage et pour terminer l'opération de soudage. 2. Appareil suivant la revendication 1, dans lequel lesdits moyens d'accouplement comportent des moyens conditionneurs ou à porte accouplés auxdits moyens comparateurs, ainsi que des moyens pour désactiver lesdits moyens à porte pendant une période prédéterminée au début d'une opération de soudage. 3. Appareil suivant la revendication 2, dans lequel lesdits moyens pour désactiver la porte comportent un compteur pour compte les cycles d'un signal de synchronisation à courant alternatif, un comparateur ayant une entrée connectée audit compteur et une second entrée recevant un compte de cycles prédéterminé, ledit comparateur produisant un signal de mise en activité de la porte quand le compte dudit compteur est dans un rapport prédéterminé avec ledit compte de cycles. 4. Dispositif suivant la revendication 3, dans lequel lesdits moyens d'accouplement comportent une mémoire pour emmagasiner ledit signal de contrôle et un second moyen conditionneur ou à porte connecté à ladite mémoire, ledit second moyen à porte étant mis en activité par un signal de synchronisation pour transférer ledit signal de contrôle en vue de son application au contrôleur de soudage. 5. Dispositif suivant la revendication 2 dans lequel lesdits moyens d'accouplement comportent une mémoire pour emmagasiner ledit signal de contrôle et de seconds moyens conditionneurs ou à porte connectés à ladite mémoire, lesdits seconds moyens à porte étant-mis en activité par un signal de synchronisation pour transférer ledit signal de contrôle en vue de son application auorcontrôleurs de soudage. 6. Dispositif de contrôle de soudage comportant des moyens adjacents à l'emplacement d'une soudure pour détecter l'émission acoustique produite audit emplacement pendant une opération de soudage, des moyens connectés auxdits moyens détecteurs d'émission acoustique pour produire un signal électrique d'émission acoustique ayant une amplitude en rapport avec celle de l'émission acoustique à l'emplacement de la soudure, caractérisé par des moyens connectés auxdits moyens détecteurs pour produire un signal de contrôle d'expulsion quand ledit signal d'émission acoustique a une amplitude prédéterminée, des moyens conditionneurs ou à porte connectés auxdits moyens de production de signal de contrôle à expulsion pour transférer quand ils sont en activité ledit signal de contrôle à expulsion à un contrôleur de soudage, et des moyens pour ne mettre en activité -lesdits moyens à porte qu'après une période prédéterminée qui suit le début d'une opération de soudage, lesdits moyens de mise en activité de la porte comportant un compteur pour compter les cycles d'un signal de synchronisation à courant alternatif, un comparateur ayant une entrée connectée audit compteur et une seconde entrée recevant un compte de cycles prédéterminé, ledit comparateur produisant un signal de mise en activité de porte quand le compte desdits cycles dans ledit compteur est en rapport prédéterminé avec ledit compte de cycle. 7. Dispositif suivant la revendication 6, comportant en outre, une mémoire connectée auxdits moyens à porte pour emmagasiner ledit signal de contrôle et de seconds moyens à porte connectés à ladite mémoire et étant mis en activité par un desdits signaux de synchronisation pour transférer ledit signal de contrôle en vue de son application au contrôleur de soudage.