Brevet FR2436646A1 — publié le 19800418

L'invention, due à la collaboration de Monsieur Jack, Fernand DELEHONTE, est relative à des perfectionnements apportés aux têtes de soudage automatiques, notamment à arc électrique, comportant une torche de soudage, du genre de celles qui sont portées par un bras orienté transversalement par rapport au joint de soudure, lequel bras est lui-même porté par un chariot mobile suivant une direction parallèle à la direction moyenne longitudinale du joint de soudure, des moyens de palpage de ce joint étant prévus, ces moyens de palpage comprenant un palpeur qui précède la torche, suivant le sens d'avancement de cette dernière, et qui entre en contact avec la surface d'un chanfrein délimitant la section du joint de soudure qui doit être rempli par le cordon de soudure, des moyens d'asservissement étant, en outre, prévus pour agir sur au moins un paramètre du soudage en réponse à l'information fournie par le palpeur. L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, des têtes de soudage destinées à souder des tôles de fortes épaisseurs, de l'ordre de 20 ou 30 mm. L'invention.a pour but, surtout, de rendre les têtes de soudage automatiques du genre défini précédemment telles qu'elles répondent mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences de la pratique et notamment telles qu'elles permettent de réaliser correctement un cordon de soudure curai ligne#, situé dans un plan sensiblement horizontal. Selon l'invention, une tête de soudage automatique du genre défini précédemment, est caractériséepar le fait qu'elle est montée de manière à pouvoir se déplacer transversalement par rapport au joint de soudure, des moyens d'entraînement de la tête de soudage étant prévus de manière à assurer le centrage latéral de cette tête par rapport au joint de soudure, et que la vitesse de déplacement de la tête de soudage le long du joint de soudure est commandée par les moyens dwasser- vissement de telle manière qu'en chaque point de ce joint la quantite de métal d'apport nécessaire soit fournie. De préférence, le bras est monté sur le chariot de manière à pouvoir se déplacer, relativement ag chariot, suivant une direction transversale par rapport u joint de soudure, des moyens de déplacement du bras étantVprévus et agencés de manière que les déplacements du bras permettent à la tête de soudage de suivre la ligne moyenne approximative du joint de soudure lors des déplacements du chariot, ladite tête étant elle-même montée de manière à pouvoir se déplacer le long du bras, les moyens d'entraînement de la tête de soudage le long du bras assurant le réglage fin de la position latérale de la tête par rapport au joint de soudure. Avantageusement, les moyens de palpage comprennent, outre le palpeur situé en avant de la torche, un autre palpeur situé, dans le sens longitudinal, au niveau de la torche, ce palpeur étant propre à coopérer avec une surface de butée dont la position est liée à la section du joint de soudure et à commander les susdits moyens d'entraînement de la tête. Des moyens de détection de écart réel, variable du fait que le joint de soudure est curviligne, entre le palpeur situé en avant de la torche et cette torche sont prévus, et les moyens d'asservissement sont agencés de manière à définir, à chaque instant et en chaque point du joint de soudure, la vitesse convenable de déplacement de la torche, compte tenu du susdit écart variable. Les susdits moyens de détection comprennent, de préférence, deux codeurs liés, suivant la direction longitudinale du joint de soudure, respectivement à la torche et au palpeur situé en avant de cette torche, de telle sorte qu'à chaque instant la position de la torche, suivant le sens longitudinal du joint de soudure,est celle qu'occupait le palpeur situé en avant de cette torche quand le codeur lié à ce palpeur donnait une indication égale à la différence entre l'indication actuelle du codeur lié à la torche et l'écart initial entre les deux codeurs, et la vitesse instantanée de la torche est déterminée, par les moyens d'asservissement, d'après l'information fournie par le susdit palpeur lorsqu'il occupait la position actuelle de la torche. Chaque codeur comprend un disque photo-électrique incrémental entraîné par une roulette roulant sans glisser contre la surface de l'une des pièces à souder, au voisinage du joint de soudure. La tête de soudage est articulée sur le bras de manière à pouvoir suivre un profil courbe pouvant former, avec la direction initiale, un angle atteignant une valeur déterminée, par exemple de l'ordre de 400. Avantageusement, la tête de soudage comprend un corps porteur de la torche, articulé autour d'un axe porté par le bras, ce dernier étant poussé contre l'une des pièces à souder, notamment par un vérin, ce corps étant muni de deux axes situés,respectivement, de part et d'autre de la torche suivant le sens longitudinal du Joint de soudure, axes sur lesquels s'articulent deux chariots respectivements situés en avant et en arrière de la torche, le chariot situé en avant supportant le palpeur# du joint de soudure ; ces chariots sont en appui contre l'une des pièces à souder par l'intermédiaire de galets sphériques. Des moyens de rappel élastiques sont prévus entre les chariots et le corps de manière à rappeler les chariots en position moyenne lorsqu'ils ne sont plus en contact avec une surface courbe. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un mode de réalisation particulier décrit avec référence aux dessins ci#-annexés, mais qui n'est nullement limitatif. La figure 1, de ces dessins, est une vue simplifiée en élévation, d'une tête de soudage conforme à l'invention. La figure 2, enfin, est une vue-de dessus, simplifiée, à plus grande échelle, de la tête de soudage de la figure 1. En se reportant aux dessins, notamment à la figure 1, on peut voir une tête de soudage automatique 1 comportant une torche de soudagé 2 alimentée par un fil 3 de matière d'apport de soudage Les pièces à souder sont formées par deux tôles perpendiculaires, l'une des tôles 4 étant, par exemple, verticale, l'autre tôle 5 étant horizontale. Pour le soudage, on prévoit au moins un chanfrein 6 en bordure de la tôle 5 ; un espace j ou joint de soudure destiné à être rempli par la matière d'apport, est ainsi formé entre les faces voisines des tôles 4 et 5. Le remplissage du joint de soudure j en métal d'apport peut être effectué en une ou plusieurs couches, notamment lorsqu'il s'agit 'de tôles de fortes épaisseurs, de l'ordre de 20 ou 30 mm. Le joint de soudure ne peut avoir une section transversa le absolument régulière en raison de la difficulté liée au découpage des tôles et à la réalisation des chanfreins ou surfaces limitant le joint j ; ainsi le volume de métal d'apport nécessaire par unité de longueur pour remplir le joint j varie d'un point à l'autre. En outre, la tôle 4 disposée verticalement peut ne pas être plane ; le joint de soudure j a, alors, une ligne moyenne qui s'étend suivant une courbe située dans un plan horizontal correspondant au plan moyen de la tôle 5. La tête de soudage 1, destinée à permettre de réaliser automatiquement le cordon de soudure pour le joint j est portée par un bras 7 orienté transversalement par rapport au joint de soudure j. Ce bras 7 est lui-même porté par un chariot automoteur 8 mobile suivant une direction D (fig. 2) parallèle à la direction moyenne longitudinale du joint de soudure j ; sur la figure 1, cette direction moyenne est perpendiculaire au plan de la figure. Le chariot 8 est supporté et guidé par une poutre 9 s'étendant suivant cette direction. L'entraînement du chariot 2 est assuré par un moteur à courant continu et par un dispositif à pignon et crémaillère non visible sur les dessins. La tête de soudage comporte un palpeur p1 qui précède la torche 2 suivant le sens d'avancement (représenté par la flèche A sur la figure 2) de cette torche. Comme visible sur la figure I, le palpeur p1 comporte un doigt de palpage 10 entrant en contact avec la surface du chanfrein 6. Ce doigt 10, articulé dans le boîtier du palpeur, commande, par son extrémité éloignée du chanfrein, les déplacements transversaux d'une règle graduée 11 présentant des zones régulières successives transparentes et opaques qui passent sur la trajectoire d'un rayon lumineux de telle sorte que les déplacements puissent être transformés, par effet photo-électrique, en signaux électriques de commande. Le bras support 7 est monté sur le chariot 8 de manière à pouvoir se déplacer, relativement au chariot, suivant une direction T transversale par rapport au joint de soudure i . Pour cela, le bras 7 est monté sur un bâti 12 qui comporte, à sa partie supérieure, une poutre horizontale 13 solidaire d'une tige 14 engagée dans des manchons de guidage 15 portés par le chariot 8. La poutre 13 est également solidaire d'une crémaillère 16 qui coopère avec une roue dentée 17 portée par le chariot 8 ; un vérin rotatif 18 est prévu pour commander la mise en rotation de la roue 17 et, de ce fait, le déplacement transversal du bâti 12. Le bras 7, est, en outre, monté sur le bâti 12 avec une possibilité de coulissement vertical ; comme visible sur la figure I, le bâti 12 comporte un montant 19 servant de glissière verticale pour le guidage des déplacements verticaux du bras 7. Ces déplacements verticaux peuvent être commandés par un moteur électrique. m lié au bras 7. La tête de soudage 1 est montée de manière à pouvoir se déplacer le long du bras support 7. Comme visible sur la figure 1, le bras 7 porte un corps 20 muni d'une table 21 dont la position suivant la direction T, par rapport au corps 20, peut être réglée manuellement à l'aide d'un dispositif de réglage 22'. La tête de soudage 1 est montée sur cette table 21 de manière à pouvoir se déplacer suivant la direction T ; les déplacements de la tête 1 par rapport à la table 21 sont commandés par des moyens d'entraînement 23 prévus pour assurer le centrage latéral de la tête 1 et donc de la torche 2 par rapport au joint de soudure j. Les moyens d'entraînement 23 sont avantageusement formés par un moteur pas-à-pas# lié à la tête de soudage 1 et entraînant en rotation, par exemple, une vis coopérant avec un écrou lié à la table 21.La tête de soudage 1 est, en outre, munie d'un dispositif 24 de réglage manuel de la position de la torche suivant la direction verticale. Ce dispositif 24, comme le dispositif 22, est constitué, par- exemple, par un système classique vis-écrou dont la rotation relative est commandée par un volant. La tête de soudage comporte des moyens d'asservissement S schématiquement représentés, qui, à partir des informations fournies par les moyens de palpage comprenant le palpeur 10, commandent le moteur pas-à-pas 23 de manièr-à a centrer la torche 2 par rapport au joint j et commandzent la vitesse de déplacement du chariot 8 et donc de 1t tette 1 de telle manière qu'en chaque point du joint j la quantité de métal d'apport nécessaire soit fournie. Les-moyens de palpage comprennent, outre 3e palpeur p1, un autre palpeur p2 (fig. 2) situé, dans le ses longitudinal, au niveau de la torche 2 ; ce palpeur, d'une constitution semblable à celle du palpeur pl, coopère, par exemple, avec la face extérieure de la tôle 4 qui constitue une surface de butée dont la position est liée à la section du joint de soudure j. Le corps 20 porteur-du palpeur P2 et de la torche 2 est articulé autour d'un axe 25 (fig. 2) vertical porté par le bras 7. Le corps 20 est muni de deux axes verticaux 26, 27, situés respectivement de part et d'autre de la torche 2 et portés par des oreilles solidaires du corps. Deux chariots 26a, 27a, s'articulent respectiv#in#ent sur ces axes 26, 27. Le chariot 26a porte le palpeur pi, Chaque chariot 26a, 27a est destiné à s'appuyer contre la tôle 4 et présente, au voisinage de cette tôle, une sorte de plaque e sur laquelle sont montés des galets sphériques g. Ces galets sont situés de part et d'autre du plan passant par l'axe 26 ou 27 et perpendiculaire à la partie du contour de la tôle 4 contre laquelle s'appuient les galets g. La plaque e est solidaire d'une tige h articulée sur l'axe 25 ou 26 et s'étendant au-delà de cet axe. Des moyens de rappel élastiques formés par des ressorts en hélice 28 sont prévus entre l'extrémité de chaque tige h éloignée de la tôle 4 et une patte d'accrochage solidaire du corps 20. Les moyens de rappel élastiques 28 permettent de rappeler les chariots 26a, 27a en position moyenne parallèle à la direction D lorsqu'ils ne sont plus en contact avec une surface courbe. La mise en appui des galets g contre la surface 4 est assurée par le vérin 18 (fig. 1) qui pousse l'ensemble du bâti 12 et du bras 7 contre la pièce 4. Le moteur 23, en réponse aux informations fournies d'une part, par le palpeur p2 qui détecte les variations de la flèche entre le profil de la tôle 4 et l'axe d'articulation 25, et d'autre part par le palpeur pi, assure un réglage fin en déplaçant la torche de manière à la maintenir dans l'axe du joint de soudure quelle que soit la largeur de ce dernier. Des moyens de détection de l'écart réel entre le palpeur P1 et la torche 2 sont prévus. Cet écart est variable du fait que le joint de soudure est curviligne. Ces moyens de détection comprennent deux codeurs 29, 30 (fig. 2) situés respectivement, suivant la direction longitudinale du joint de soudure -j, en regard du palpeur p1 et de la torche 2. Chaque codeur 29, 30 est constitué par un disque photoélectrique incrémental entraîné par une roulette horizontale qui prend appui contre la pièce 4 et roule contre celle-ci sans glisser. Chaque disque présente des secteurs transparents et des secteurs opaques se succédant régulièrement alternativement. Des cellules photo-électriques reçoivent un signal. à chaque pa-ssage d'un secteur transparent devant un faisceau lumineux. Les tops ainsi obtenus aboutissent sur un compteur qui les totalise ; le total caractérise la distan#ce-parcourue par la #roulette. Les codeurs 29 et 30 mesurent ainsi la distance parcourue depuis le départ par le chariot 26a et le corps 20.Les signaux fournis par ces codeurs sont en permanence disponibles dans une mémoire du compteur qui est scrutée par les moyens d'asservissement S. La résolution peut être de mille intervalles par tour. L'axe vertical de rotation du codeur 29 et de sa roulette est situé dans le plan vertical K passant par l'axe géométrique de l'axe 26 et perpendiculaire à la partie du contour de la tôle 4 contre laquelle est en appui le chariot 26a. Le palpeur p1 est disposé de manière que son point de contact avec le chanfrein 6 soit également situé dans ce plan K. L'axe vertical de rotation du codeur 30 et de sa roulette est situé dans le plan vertical L passant par l'axe géométrique de l'axe 25 et par l'axe de la torche 2. Ce plan L est perpendiculaire au contour de la tôle o. Le palpeur p2 est disposé de manière que son axe et son point de contact avec la tôle 4 soient situés dans ce plan L. Le point de contact de la roulette du codeur 30 est également situé dans le plan L. Les moyens d'asservissement S peuvent être formés par un calculateur en ligne ou par un asservissement câblé permettant d'agir sur la position de la torche 2 et sur sa vitesse de déplacement, comme déjà expliqué, en tenant compte de tous les facteurs d'influence. Les moyens d'asservissement associent, à chaque ensemble d'indications fournies par les palpeurs P1, p2, la vitesse que doit prendre la torche 2 de manière que la quantité nécessaire de matière d'apport par unité de longueur soit fournie en fonction de la section du joint de soudure, section dont la valeur est appréciée d'après les indications des palpeurs p1 et p2. Les moyens d'asservissement S tiennent compte, en outre, des indications des codeurs 29 et.30 pour déterminer cette vitesse de déplacement de la torche 2. En effet, à un instant donné, la vitesse de déplacement de la torche 2 doit être définie à partir des indications instantanées du palpeur p2 et des indications antérieures qui ont été données par le palpeur p1 quand il occupait la position actuelle de la torche 2. Lorsque le palpeur p1 occupait la position actuelle de la torche2, le codeur 29 lié à ce palpeur p1 donnait une indication égale à l'indication donnée actuellement par le codeur 30, corrigée de 11 écart initial entre les indications des codeurs 29 et 30. Ainsi, les moyens d'asservissement peuvent déterminer la section du joint de soudure correspondant à la position actuelle de la torche 2. La vitesse de la torche 2 permettant d'assurer la quantité nécessaire de matière pour le remplissage de la section variable du joint de soudure est ainsi déterminée d'une manière rigoureuse malgré la vitesse de déplacement variable de la torche et malgré l'écart, variable du fait de la trajectoire curviligne, entre la torche 2 et le palpeur pi. Le fonctionnement de la tête de soudage résulte des explications précédentes. La torche 2 se déplace automatiquement suivant la trajectoire du cordon de soudure à réaliser et le contrôle de la vitesse de déplacement de cette torche permet d'assurer, en chaque point, le remplissage correct du joint de soudure-, malgré les variations de la section de ce joint. Les moyens pour contrôler cette vitesse de déplacement de la torche tiennent compte de la courbure du cordon à réaliser. REVENDICATIONS 1. Tête de soudage automatique, notamment à arc électrique, comportant une torche de soudage, et portée par un bras orienté transversalement par rapport au joint de soudure, lequel bras est lui-même porté par un chariot mobile suivant une direction parallèle à la direction moyenne longitudinale du joint de soudure, des moyens de palpage de ce joint étant prévus, ces moyens de palpage comprenant un palpeur qui précède la torche, suivant le sens d'avancement de cette dernière, et qui entre en contact avec la surface d'un chanfrein délimitant la section, du joint de soudure qui doit être rempli par le cordon de soudure, des moyens d'asservissement étant, en outre, prévus pour agir sur au moins un paramètre du soudage en réponse à l'information fournie par le palpeur, caractérisée par le fait que ladite tête de soudage est montée de manière à pouvoir se déplacer transversalement par rapport au joint de soudure, des moyens d'entraînement de la tête de soudage étant prévus de manière à assurer le c#entrage latéral de cette tête par rapport au joint de soudure, et que la vitesse de déplacement de la tête de soudage le long du joint de soudure est commandée par les moyens d'asservissement de telle manière qu'en chaque point de ce joint la quantité de métal d'apport nécessaire soit fournie. 2. Tête de soudage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le bras est monté sur le chariot de manière à pouvoir se déplacer, relativement au chariot, suivant une direction transversale par rapport au joint de soudure, des moyens de dép#lacement du bras étant prévus et agencés de manière que les déplacements du bras permettent à la tête de soudage de suivre la ligne moyenne approximative du joint de soudure lors des déplacements du chariot, ladite tête étant elle-même montée de manière à pouvoir se déplacer le long du bras, les moyens d'entraînement de la tête de soudage le long du-bras assurant le réglage fin de la position latérale de la tête par rapport au joint de soudure. 3. Tête de soudage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fSt que les moyens de palpage comprennent, outre le palpeur situé en avant de la torche, un autre palpeur situé, dans le sens longitudinal, au niveau de la torche, ce palpeur étant propre à coopérer avec une surface de butée dont la position est liée à la section du joint de soudure et à commander les -susdits moyens d'entraînement de la tête. 4. Tête de soudage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que des moyens de détection de l'écart réel entre le palpeur situé en avant de la torche et cette torche sont prévus, et les moyens d'asservissement sont agencés de manière à définir, à chaque instant et en chaque point du joint de soudure, la vitesse convenable de déplacement de la torche, compte tenu du susdit écart variable. 5. Tête de soudage selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les moyens de détection comprennent deux codeurs liés, suivant la direction longitudinale du joint de soudure, respectivement à la torche et au palpeur situé en avant de cette torche, de telle sorte qu'à chaque instant la position de la torche, suivant le sens longitudinal du joint de soudure, est celle qu'occupait le palpeur situé en avant de cette torche quand le codeur lié à ce palpeur donnait une indication égale à la différence entre l'indication actuelle du codeur lié à la torche et S'écart initial entre les deux codeurs, et la vitesse instantanée de la torche est déterminée, par les moyens d'asservissement, d'après l'information fournie par le susdit palpeur lorsqu'il occupait la position actuelle de la torche. 6. Tête de soudage selon la revendication 5, caractérisée par le fait que chaque codeur comprend un disque photoélectrique incrémental entraîné par une roulette roulant sans glisser contre la surface de l'une des pièces à souder au voisinage du joint de soudure. 7. Tête de soudage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que chaque palpeur commande les déplacements d'une règle présentant des zones successives transparentes et opaques, déplacements qui sont transformés par effet photo-électrique en signaux# électriques de commande. 8. Tête de soudage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle est articulée sur le bras de manière à pouvoir suivre un profil courbe pouvant former avec la direction initiale un angle atteignant une valeur déterminée, de l'ordre de 400. 9. Tête de soudage selon la revendication 8, caractérisée par le fait qu'elle comporte un corps porteur de la torche, articulé autour d'un axe porté par le bras, ce dernier étant poussé contre l'une des pièces à souder,- notamment par un vérin, le corps étant muni de deux ax-es situés re#spectivement de- part et d'autre de la torche suivant le sens longitudinal du joint de soudure, axes sur lesquels s'articulent deux chariots respectivement situés en avant et en arrière de la torche, le chariot situé en avant supportant le palpeur du joint de soudure, ces chariots étant en appui contre l'une des pièces à souder par l'intermédiaire de galets sphériques. 10. Tête de soudage selon la revendication 9, caractérisée par.le fait que des moyens de rappel élastiques sont prévus entre les chariots et le corps de manière à rappeler les chariots en position moyenne lorsqu'ils ne sont plus en contact avec' une surface courbe,